BAREVNÉ A CHUŤOVÉ LÁTKY V PŘÍRODĚ A POTRAVINÁCH

BAREVNÉ A CHUŤOVÉ LÁTKY V PŘÍRODĚ A POTRAVINÁCH Pavel Drašar, redaktor

soubor referátových článků Vydala Česká společnost chemická v edici Chemické listy 1. vydání Praha 2016

BAREVNÉ A CHUŤOVÉ LÁTKY V PŘÍRODĚ A POTRAVINÁCH Pavel Drašar, redaktor

soubor referátových článků

Vydala Česká společnost chemická v edici Chemické listy 1. vydání Praha 2016

ČESKÁ SPOLEČNOST CHEMICKÁ Edice Chemické listy

*******************************************************************

BAREVNÉ A CHUŤOVÉ LÁTKY V PŘÍRODĚ A POTRAVINÁCH

Vydala:

Šéfredaktor: Redakce: Prepress:

Česká společnost chemická v edici Chemické listy © 2016 Novotného lávka 5, CZ-116 68 Praha 1 v roce 2016 Prof. RNDr. Bohumil Kratochvíl, DSc. Prof. RNDr. Pavel Drašar, DSc. Ing. Radmila Řápková

Elektronická verze ve formátu PDF. Formát 21,0 × 29,7 cm, počet stran 111, elektronické vydání. Publikace je určena zejména pro potřeby redaktorů ČSCH, autorů rukopisů, učitelů a studentů, členů České společnosti chemické a ke studijním a dokumentačním účelům. Některé produkty jmenované v této knížce mohou být registrovány jako chráněné známky, i když se může zdát, že tento fakt není explicitně vyjádřen v textu. Toto vynechání není zanedbání autorských a ochranných práv vydavatelem, neboť takové názvy jsou použity jako generické. Obsah publikace je možno použít za předpokladu plného citování zdroje. Přímý přetisk a jakékoliv úpravy jsou vyhrazeny a jsou možné pouze na základě písemného souhlasu vydavatele (ČSCH, adresa výše). Veřejné šíření části či celé této publikace je povoleno pouze v nezměněné podobě.

Barevné a chuťové látky v přírodě a potravinách: © ČSCH, 2016

ISBN 978-80-86238-56-2

Autorský kolektiv:

ABDULMANEA KHALED SALEH OMAR, Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 CAHLÍKOVÁ LUCIE, Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové ČOPÍKOVÁ JANA, Ústav sacharidů a cereálií, FPBT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6 DRAŠAR PAVEL, Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 LAPČÍK OLDŘICH, Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 MORAVCOVÁ JITKA, Ústav chemie přírodních látek, FPBT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6 OPLETAL LUBOMÍR, Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové UHER MICHAL, Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava WIMMER ZDENĚK, Ústav experimentální botaniky AV ČR, Izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4 a Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6

Obsah: PŘEHLED BARVIV A LÁTEK RŮZNÝCH CHUTÍ Z PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ (Místo úvodu) Pavel Drašar

5

PŘÍRODNÍ BAREVNÉ LÁTKY Jana Čopíková, Michal Uher, Oldřich Lapčík, Jitka Moravcová, Pavel Drašar

8

SACHAROSA JAKO PRŮMYSLOVÁ SUROVINA Jitka Moravcová

23

NECUKERNÉ PŘÍRODNÍ LÁTKY SLADKÉ CHUTI Oldřich Lapčík, Jana Čopíková, Michal Uher, Jitka Moravcová, Pavel Drašar

33

CUKERNÁ NESACHAROSOVÁ SLADIDLA A PŘÍBUZNÉ LÁTKY Jana Čopíková, Oldřich Lapčík, Michal Uher, Jitka Moravcová, Pavel Drašar

44

NÁHRADNÍ SLADIDLA 50 Jana Čopíková, Jitka Moravcová, Zdeněk Wimmer, Lubomír Opletal, Oldřich Lapčík Pavel Drašar SLANÁ CHUŤ PŘÍRODNÍCH LÁTEK A JEJICH DERIVÁTŮ Lubomír Opletal, Zdeněk Wimmer, Jana Čopíková, Oldřich Lapčík, Jitka Moravcová, Lucie Cahlíková, Pavel Drašar

58

PŘÍRODNÍ LÁTKY KYSELÉ CHUTI 63 Oldřich Lapčík, Zdeněk Wimmer, Lubomír Opletal, Jitka Moravcová, Jana Čopíková, Pavel Drašar PŘÍRODNÍ LÁTKY HOŘKÉ CHUTI Lubomír Opletal, Jana Čopíková, Michal Uher, Oldřich Lapčík, Jitka Moravcová, Pavel Drašar

67

LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ VNÍMÁNÍ ORGANOLEPTICKÝCH VLASTNOSTÍ Jitka Moravcová, Lubomír Opletal, Oldřich Lapčík, Jana Čopíková, Michal Uher, Pavel Drašar

79

PŘÍRODNÍ LÁTKY A JEJICH DERIVÁTY CHUTI PÁLIVÉ Oldřich Lapčík, Lubomír Opletal, Jitka Moravcová, Jana Čopíková, Pavel Drašar

88

PŘÍRODNÍ LÁTKY SVÍRAVÉ A TRPKÉ CHUTI Jana Čopíková, Zdeněk Wimmer, Oldřich Lapčík, Lucie Cahlíková, Lubomír Opletal, Jitka Moravcová, Pavel Drašar

94

KOVOVÁ CHUŤ PŘÍRODNÍCH LÁTEK A JEJICH DERIVÁTŮ Zdeněk Wimmer, Lubomír Opletal, Jana Čopíková, Jitka Moravcová, Khaled Saleh Omar Abdulmanea, Oldřich Lapčík, Pavel Drašar

99

PŘÍRODNÍ LÁTKY A JEJICH DERIVÁTY CHUTI CHLADIVÉ Jana Čopíková, Jitka Moravcová, Oldřich Lapčík, Lubomír Opletal, Pavel Drašar

104

Chem. Listy 110, 276278(2016)

PŘEHLED BARVIV A LÁTEK RŮZNÝCH CHUTÍ Z PŘÍRODNÍCH ZDROJŮ Věnováno památce doc. RNDr. PhMr. Jiřího Volkeho, DrSc., který sérii níže zmíněných článků o přírodních látkách vždy s potěšením redigoval. 1866, neb se zdá, že hořké látky byly a jsou navýsost populární, což lze dokumentovat na faktu, že izraelští odborníci sestavili dokonce databázi téměř 700 hořkých látek a jejich receptorů17,18. Protože již staří filosofové naznačovali, že vše souvisí se vším, je na místě ocitovat závěry nedávné práce19 tvrdící, že u savců vnímání chuti nejenom pomáhá při hodnocení a spotřebě živin, ale pomáhá vyhnout se toxickým látkám a nestravitelným materiálům. Odlišné typy buněk exprimující jedinečné receptory detegují každou z pěti základních chutí: slanou, kyselou, hořkou, sladkou a umami. Poslední tři chutě jsou detegovány dvěma odlišnými rodinami receptorů: T2R a T1Rs, spřaženými s G proteinem. Je zajímavé, že tyto receptory chutí byly nalezeny v jiných tkáních, než je jazyk, jako trávicí systém, respirační systém, mozek, varlata a spermie. Funkční důsledky distribuce chuťových receptorů do celého těla jsou neznámé. Proto se autor citované práce pokusil zhodnotit pozoruhodné pokroky v našem chápání molekulárních základů vnímání chuti v percepci „chuti“ a v rámci „ne-chuťových“ tkání. Pouští se daleko, neboť vážně zvažuje souvislosti chuťových vjemů až k možnostem dalšího výzkumu v oblasti ovlivnění spermatogeneze a nástrojů mužské reprodukce, ale i hlubšího porozumění herbální medicíně. Inu, nejen láska zřejmě opravdu prochází žaludkem. Série výše zmíněných článků o sekundárních metabolitech různých chutí názorně dokresluje jeho závěr, že velmi zajímavou otázkou zůstává, jak stovky strukturně různých sloučenin mohou být detegovány omezeným počtem receptorů. Obecně lze najít v literatuře celou řadu zdrojů, které se vnímání chuti věnuji20, méně je těch, které přinášejí přehledy specifických látek. Jsou publikovány studie o změnách percepce chuti s věkem21 či příbuzným otázkám od psychologie až po buněčnou biologii22,23, ale i o závažné nebezpečnosti některých látek se specifickou chutí24. Opět je to složité, to co někomu chutná, může i škodit a naopak. Nezbyde než vzpomenout na klasického Paracelsa: „Alle Ding sind Gift und nichts ohn' Gift; allein die Dosis macht, das ein Ding kein Gift ist“, jedy jsou všude – sama dávka činí látku jedem. Pamatuji se na učebnici farmakologie, která tvrdí, že kůň umírá po vypití patnácti šálků kávy. Není řečeno, zda byla s cukrem nebo bez. Celá řada výzkumníků na poli dobrého jídla a pití prokázala, že existuje významná souvislost mezi tím, jakou má poživatina barvu (ale někdy i texturu, teplotu a dotykové vjemy) a tím, jakou chuť či vůni pociťujeme25. Oblast takového zkoumání jistě nezná nijaká omezení a zajímavých výsledků bude jenom a jenom přibývat. Jistě se najdou škarohlídi, kteří řeknou, že série není úplná, že chybí například pojednání o vonných látkách

PAVEL DRAŠAR Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 Došlo 5.1.16, přijato 24.2.16.

Klíčová slova: sekundární metabolity, obnovitelné zdroje, přírodní látky, barva, chuť

Příroda nám skýtá nepřebernou škálu sekundárních metabolitů, u kterých jako jednu z jejich pozorovatelných vlastností vnímáme různou chuť či barvu. Pro účely osvětové, ale i pedagogické vznikla z iniciativy redaktorů a spolupracovníků časopisu Chemické listy série stručných přehledných článků na téma přírodních barev a chutí, které se redakce rozhodla publikovat v elektronické knižní podobě jako první chemickou „e-časoknihu“ (elektronickou knihu skládající se z časopiseckých článků) v češtině. Odhlédneme-li od sekundárních metabolitů, které byly „právem vymyšleny“ (což je hezoučký termín použitý Ervínem Hrychem v Krhůtské kronice), jako například porkany1, nabízí paleta těchto různorodých látek nepřeberné množství látek, které jsou skutečné2. Ne náhodou mezi látky s různou „chutí“ zařadili autoři i látky vyvolávající specifické pocity, které se zdají být chutím příbuzné, neboť, jak jinak, chuťovými vjemy se zabývá lidstvo od pradávna (Zdaliž jedí to, což neslaného jest, bez soli? Jest-liž chut v věci slzké? [Job 6:6; Kralický překlad 1613]). Vznikla tak během posledních deseti let série článků na témata chuťových principů sladkého3–6, slaného7, kyselého8, hořkého9 a umami10, tak, jak to vidí dnešní „západní“ civilizace a autoři přidali do kadlubu ještě podobné kategorie, o kterých učí starobylé indické učení o holistické medicíně, ayurveda, která uvádí chuť pálivou11 (katu), sladkou (madhura), kyselou (amla), slanou (lavana), hořkou (tikta) a svíravou12 (kashaya) a dále i některé další, moderněji vnímané, jako chuť kovovou13, chladivou14, ale i v dnešní době stále populárnější chuťové modifikátory10. Přestože byl v odborné literatuře popsán chuťový receptor na tuk15 či mastné kyseliny16, toto téma zatím na své zpracování v podobném duchu čeká. Při sestavování uvedené série autoři naráželi na fakt, že často se podobným přehledem zatím nikdo nezabýval, či že naopak na danou problematiku je mnoho navzájem si odporujících pohledů. Radost autorů však neznala mezí, když se jim podařilo při bádání objevit některé skvosty, mezi které patří například původní předpis na výrobu Karlovarského hořkého likéru od Johanna Bechera9 z roku 5

Chem. Listy 110, 276278(2016)

a dalších sloučeninách ovlivňujících naše čivy. Na to lze odpovědět tak, že byly pojednány sekundární metabolity a sloučeniny, které bylo možno rozumně vtěsnat do článku v tomto časopise. Nicméně jakmile „nadejde čas“, autoři slibují buď sérii doplnit, nebo v jiné pokračovat. Je nabíledni, že se v této oblasti děje mnoho soudobého a vnímavý čtenář jistě najde články, jako ten o prozkoumání „wasabi receptoru“26. Doba si dnes přímo žádá „přírodní komponenty“ a přátelé biopotravin jdou tak daleko, že detegují opylení z cizích pozemků pylem z GMO rostlin. Takové problémy dnes řeší již i právníci. Leč buďme u zdi, stačí se podívat na borůvkové cereální tyčinky Nutri-Grain fy Kellogs, které obsahují modř č. 1 (E133) a červeň č. 40 (E129), které mají jistě k borůvkám daleko27. A to jsme máslovou žluť zavrhli již cca před sto lety. Potravinářské firmy postupně ustupují od umělých barviv, vůní a ochucovadel28,29.

isotopem, že ani čacká potravinářská inspekce nerozezná syntetický produkt od přírodního; a mohli bychom pokračovat. Řada firem dnes zaměřuje svůj výzkum na výrobu zcela přírodních sekundárních metabolitů, které jsou používány jako přísady do potravin, známá jsou sladidla jako brazzein a steviosidy. K novějším pozitivním výsledkům patří výroba modrého spirulinového extraktu z kyanobakterií Arthrospira platensis a Arthrospira maxima obsahující m.j. fykocyanobilin.

N H

O

HO

O

O -S O O

-

N H

N

O

O

O

OH

fykocyanobilin

O S

+

Na

O O S + O Na

NH

Přírodní látky, jakými jsou například karnosová a rozmarýnová kyselina z rozmarýnu lékařského (Rosmarinus officinalis), mohou nahradit i potravní stabilizátory, jejichž kancerogenní působení je současně pod intenzivním výzkumem22.

+

N

N

O

E133 -

OH

O O S O

+

Na

O N N O

O S O O + Na

HO

HO

O

OH O

OH

rozmarýnová kyselina

OH

OH

E129

HO HO O

Jde to i lépe, u nás máme borůvkové jogurty obarvené alespoň veskrze přírodním betainem z červené řepy. Leč potravinářský průmysl si žádá barviva, která jsou barevně výrazná a stabilní vůči teplotě, UV záření, pH, i v čase. Taková můžeme použít již dnes, jako např. kurkumin z oddenku kurkumovníku dlouhého (Curcuma longa), β-karoten z mrkve, rajčat a dalších zdrojů či košenila z červce nopálového (Dactylopius coccus), žijícího v Americe na opunciích. A narážíme na další problémy. Jednak košenilu odmítnou přísní vegetariáni a dočteme se o ní, že se potravinářské výrobky barví hmyzem; což samozřejmě dámy neodradí od použití rtěnky či rozvernou společnost od skleničky Campari před dobrou večeří. Druhý problém je v tom, že často umíme takové látky vyrábět synteticky, jako třeba zmíněný β-karoten, leč syntetický je převážně „all-trans“ a přírodní je směsí isomerů. Může být tedy nazván „přírodně identickým“?? Takový problém je ještě složitější u drahých přísad, jakou je třeba přírodní vanilin. Vanilin dokážeme syntetizovat a nadopovat 13C

H

karnosová kyselina Chemie sekundárních metabolitů skýtá mnoho poučení, která mohou být zdrojem informací m.j. pro moderní potravinářský, kosmetický a farmaceutický průmysl. Toto skromné pojednání, spolu s řadou citovaných prací v Chemických listech si troufají být nejen připomínkou této důležitosti, ale i zdrojem poučení pro chemickou i nechemickou veřejnost. LITERATURA 1. Lebl M., Drašar P., Koroniak H., Milecki J., Ikonomov O. C.: Chem. Listy 78, 410 (1985). 2. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Dra6

Chem. Listy 110, 276278(2016)

šar P.: Chem. Listy 99, 802 (2005). 3. Moravcová J.: Chem. Listy 95, 202 (2001). 4. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 5. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 6. Čopíková J., Moravcová J., Wimmer Z., Opletal L., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 107, 867 (2013). 7. Opletal L., Wimmer Z., Čopíková J., Lapčík O., Moravcová J., Cahlíková L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 761 (2011). 8. Lapčík O., Wimmer Z., Opletal L., Moravcová J., Čopíková J., Drašar P.: Chem. Listy 109, 488 (2015). 9. Opletal L., Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 895 (2007). 10. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, 1002 (2007). 11. Lapčík O., Opletal L., Moravcová J., Čopíková J., Drašar P.: Chem. Listy 105, 452 (2011). 12. Čopíková J., Wimmer Z., Lapčík O., Cahlíková L., Opletal L., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 108, 1053 (2014). 13. Wimmer Z., Opletal L., Čopíková J., Moravcová J., Abdulmanea K. S. O., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 106, 926 (2012). 14. Čopíková J., Moravcová J., Lapčík O., Opletal L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 938 (2011). 15. Gilbertson T. A., Fontenot D. T., Liu L., Zhang H., Monroe W. T.: Am. J. Physiol. Cell Physiol. 272, C1203 (1997). 16. Hirasawa A.: Yakugaku Zasshi J. Pharm. Soc. Japan 135, 769 (2015). 17. http://bitterdb.agri.huji.ac.il/dbbitter.php (staženo 14.12. 2015). 18. Wiener A., Shudler M., Levit A., Niv M. Y.: Nucl. Acids Res. 40(Database issue), D413 (2012). 19. Li F.: Mol. Hum. Reprod. 19, 349 (2013). 20. Purves D., Augustine G. J., Fitzpatrick D., Katz L. C., LaMantia A.-S., McNamara J. O., Williams S. M. (ed.): Neuroscience. 2. vyd., Sinauer Associates, Sunderland (MA) 2001.

21. Mojet J., Christ-Hazelhof E., Heidema J.: Chem. Senses 26, 845 (2001). 22. Bradbury J.: PLoS Biol. 2, 0295 (2004). 23. Chaudhari N., Rope S. D.: J. Cell Biol. 190, 285 (2010). 24. Tappy L., Le K. A.: Curr. Diabetes Rep. 15, 627 (2015). 25. Fleming A.: The Guardian Tuesday 12 March, 2013. 26. Paulsen C. E., Armache J.-P., Gao Y., Cheng Y., Julius D.: Nature 520, 511 (2015). 27. Bomgardner M. M.: Chem. Ind. News Feb. 10, 10 (2014). 28. Bomgardner M. M.: Chem. Ind. News Aug. 10/17, 37 (2015). 29. Houlton S.: Chem. World 13, (2) 50 (2016).

P. Drašar (Institute of Chemistry of Natural Compounds, University of Chemistry and Technology, Prague): Overview of Compouds with Different Colours and Taste from Natural Resources Nature provides us with inexhaustible variety of secondary metabolites that have as one of their observable properties different taste or colour. For the purpose of public education and also general information an initiative of the editors and collaborators of the Chemické listy journal resulted in a series of brief review articles on the topic of natural colours and flavours that the editors decided to publish in electronic book form as the first chemical "e-journalbook" (electronic book consisting of journal articles) in Czech. Chemistry of secondary metabolites provides many lessons that can be a source of information for modern food, cosmetic and pharmaceutical industries i.a. This modest treatise, along with a number of cited papers in the Chemické listy journal dare to be not only a reminder of this importance but also a source of knowledge for both chemical and nonchemical public.

7

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

PŘÍRODNÍ BAREVNÉ LÁTKY

JANA ČOPÍKOVÁa, MICHAL UHERb, OLDŘICH LAPČÍKc, JITKA MORAVCOVÁc a PAVEL DRAŠARc,d

tí látky jako barvivo či pigment je důležité, aby látka měla i dostatečně vysoký absorpční koeficient (10 000 až 40 000 l mol−1 cm−1), aby byla dostatečně stálá (proti změnám fotochemickým, chemickým, k oxidaci, atd.) a v neposlední řadě, aby nebyla toxická. Přírodní barviva jsou předmětem řady studií1−4, nicméně, málokdo se zabývá chemismem těchto látek5. Samozřejmě, že se téměř v každé učebnici můžeme seznámit s principy barevnosti a spektroskopie. Zajímavé jsou internetové portály, kde se můžeme dozvědět často mnohem více6−11. O barvičkách to pak platí ve významné míře12−23, velmi užitečnými zdroji informací jsou i chemické encyklopedie24−26. Barviva můžeme dělit i podle barvy, chemického složení či struktury, způsobu vazby na materiál, biologické funkce v přírodním materiálu (chlorofyl, hemoglobin …), fyzikálních vlastností (rozpustnost aj.) a podobně. V tomto článku se zaměříme na barevné přírodní látky, které jsou většinou sekundárními metabolity a přírodní barviva průmyslově významná a přidržíme se dělení podle chemických struktur.

a

Ústav chemie a technologie sacharidů, FPBT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, c Ústav chemie přírodních látek, FPBT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6, d Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Flemingovo 2, 166 10 Praha 6 Došlo 8.8.05, přijato 30.9.05.

Klíčová slova: přírodní barvivo, pigment, potravní doplněk, obnovitelné zdroje

Obsah

1.1. Přírodní barviva živočišná Nejdůležitějším klasickým barvivem získávaným z živočišných zdrojů je přírodní sepie, červenohnědá látka izolovaná z inkoustového vaku sépie obecné (Sepia officinalis) či obecně hlavonožců, barva, skládající se hlavně z melaminu. Německé jméno sepie Tintenfisch, inkoustová ryba, ukazuje, jak bylo v historii toto barvivo používáno, ještě před objevením inkoustu duběnkového. Dalším barvivem je šarlatová či karmínová košenila z vnější krusty oplozených samiček mexického červce nopálového (Dactylopius coccus = Coccus cacti), žijícího na opuncii (nopal) a podobná, tzv. nepravá košenila, zvaná též alkermesová šťáva, červený prášek vyráběný ze zaschlých samiček červce Kermes ilicis = Coccus ilicis, hmyzu žijícího na některých druzích ořešáků ve Středomoří a severní Africe. Byla dříve užívána hojně jako náhrada za mnohem dražší karmín z košenily. Tato červcová barviva obsahují hlavně karmínovou kyselinu. Třetím příkladem známého živočišného barviva je tyrský purpur vyráběný z ulity ostranky Murex. Legendy tvrdí, že purpur objevila Helena Trojská, která při procházce po pobřeží viděla psa, který kousl do vyvrženého mořského živočicha, čímž se potřísnil purpurovou barvou. Jiná legenda praví, že papež Pavel II. v roce 1464 nahradil tyrský purpur mnohem lacinější nepravou košenilou.

1. Úvod 1.1. Přírodní barviva živočišná 1.2. Přírodní barviva rostlinná 1.3. Přírodní barviva minerální 2. Polyenová barviva 3. Chinonová barviva 4. Indolová barviva 5. Pyranová barviva 6. Oligopyrrolová barviva 7. Pteridinová barviva 8. Isochinolinová barviva 9. Ostatní barviva 10. Přehled potravinářských „éček“ 11. Závěr

1. Úvod Obecně můžeme barevné substance rozdělit na barviva, která obvykle bývají zpracovatelná ve formě pravého či nepravého roztoku a dělí se proto často dále na barviva rozpustná ve vodě, rozpustná v organických rozpouštědlech, barviva disperzní, kypová, atd., a na pigmenty (obvykle nerozpustné, používané např. v suspenzi), a pod. V češtině je pojem barvivo poněkud širší než např. v angličtině (dye/ colorant), neboť často jsou termíny např. barvivo, barevná látka, pigment, zaměňovány. Barevné látky absorbují část viditelného spektra elektromagnetického záření v rozsahu 380−780 nm. Pro použi-

1.2. Přírodní barviva rostlinná Mnoho barviv je tradičně získáváno z kořenů, plodů, květů, kůry a listů různých rostlin. Červená barva z kořenů mořeny barvířské (Rubia tinctorum) je v Evropě používána

8

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

údajně již od r. 800, další byla získávána z brazilského dřeva (Caesalpinia echinata), červené řepy (Beta vulgaris subsp. vulgaris var. vulgaris), medvědice lékařské (Arctostaphylos uva-ursi) a světlice barvířské (Carthamus tinctorius). Zajímavým příkladem je i červený orcein, získávaný provzdušňováním amoniakálního extraktu z mechů Rocella tinctoria, Ochrolechia tartarea aj. Známé je i oranžové barvivo z blizen šafránu (Crocus sativus); jehož cena odpovídá tomu, že na 1 kg suchého koření je třeba sto tisíc květů. Zdrojem žlutého barviva býval heřmánek (Matricaria recutila či Chamomilla recutila), vítod hořký krátkokřídlý (Polygala amara subsp. brachyptera) či kručinka barvířská (Genista tinctoria) a hnědou poskytovala henna (Lawsonia inermis). Zdrojem zelené barvy může být šafrán a boryt barvířský (Isatis tinctoria), rdesno ptačí (Persicaria maculosa), rdesno červinec (Polygonum persicaria), listy šťovíku kyselého (Rumex acetosa), kopřiva dvoudomá a žahavka (Urtica dioica, Urtica urens) a ambrozie peřenolisté (Ambrosia artemisiifolia), kde půjde hlavně o chlorofyl. Modrou poskytne boryt barvířský (Isatis tinctoria) a indigo z indigovníku (Indigofera tinctoria). Rostlinná barviva bývala v historii získávána, a jsou získávána v řemeslné praxi většinou i dnes, po roztlučení či rozřezání barevného materiálu, který byl louhován ve vodě zahřáté těsně pod teplotu varu; za této teploty byly barveny různé hmoty (tkaniny, vlákna) do roztoku ponořené. Často bylo při barvení používáno mořidlo, obvykle sůl, které usnadňuje vazbu barevné substance na barvený materiál pomocí nekovalentních vazeb různého druhu. Typickým mořidlem může být směs síranu hlinitého a kyselého vinanu draselného. Pokud jsou jako mořidla použity soli obsahující chrom, měď, cín či železo, může dojít k vybarvení materiálu i na změněnou barvu či odstín. V současné době se některé látky z typů zde popisovaných dokonce využívají v rostlinné produkci např. jako přírodní antioxidanty27, kde příkladem mohou být anthokyanová barviva z brambor28. Jiným příkladem může být studium inhibice aldosareduktasy (EC 1.1.1.21, ALR2) rostlinnými chalkony29, případně studium některých zde uvedených pyranových barviv jako fytoestrogenů30.

2. Polyenová barviva Polyenová barviva jsou typicky lineární nenasycené konjugované uhlovodíky a jejich deriváty s většinou dvojných vazeb v konfiguraci trans. Jsou nerozpustné či prakticky nerozpustné ve vodě. Z nich patří k nejvýznamnějším žlutý lutein, který se vyskytuje ve vaječném žloutku a měsíčku lékařském (Calendula officinalis) či hojně v Mexiku pěstovaném afrikánu (Tagetes lucida), jehož se ročně sklidí 600 tisíc tun ve formě barevné moučky. OH

HO

lutein Barviva přítomná v luscích papriky (Capsicum annuum) jsou směsí karotenoidů, ve kterých převládá kapsanthin a kapsorubin. Tato barviva jsou v oleji rozpustná, stálá k teplu a pH; nejsou však stálá k působení světla. Sušený paprikový lusk se používá jako barvivo a koření a ročně se jej odhadem vyrobí 45 tisíc tun. HO

O HO

kapsanthin OH O O

HO

kapsorubin Karoteny patří jak k významným přírodním oranžovým barvivům, tak k důležitým složkám naší stravy (provitaminy). Jak vidno z uvedených vzorců, příliš se od sebe neliší. β-Karoten patří k nejběžnějším, vyskytuje se v mrkvi (Daucus carota subsp. sativus) a patří k významným potravinářským barvivům (λmax 497, 466 nm). Směs karotenů je označována jako E160a. Ukažme si na několika případech těchto látek diverzitu této knihovny sekundárních metabolitů

1.3. Přírodní barviva minerální Nejběžnějším minerálním barvivem je okr, směs jílovitých hlín s charakteristicky barevnými oxidy. Jeho barva kolísá od typické okrové či světlé sieny s oxidem hořečnatým až po červenou s limonitem až hematitem. Tmavá umbra obsahuje oxid manganatý. Jako bílé pigmenty se používají vápenec, oxid titaničitý, podobně jako černé pigmenty saze a uhlík, zelené pigmenty malachit, modré pigmenty azurit a tyrkys a červené pigmenty rumělka a čisté oxidy a hydroxidy železa. Pigmenty se používaly jako suspenze ve vaječném bílku, vodě, tuku či oleji. I zde se používaly nejrůznější příměsi, které zlepšovaly vazbu pigmentu na barvený materiál.

3' 6' 3

6

β-karoten

9

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

sobuje astacen (astacin) o λmax 500 nm. Toto polyenové barvivo (CAS RN 514-76-1) je v literatuře často podle názvu zaměňováno za metalloproteinasu HMP1 astacin (CAS RN 143179-21-9) z podobného zdroje, langusty Astacus astacus.

α-karoten

O O

O

O

δ-karoten

astacen O

O

γ-karoten

rhodoxanthin Oranžovo-žlutý rhodoxanthin, který barví podzimní listí a je obsažen v jedovatých semenech tisu (Taxus baccata) a v řase Chlorella sp., nalezneme i v říši živočišné, např. v barvivech křídel některých holubů.

ψ-karoten OH

lykopen

HO

Červený lykopen je příkladem nesubstituovaného polyenu. Je základním barvivem rajčete jedlého (Lycopersicon), λmax 505, 472, 446 nm.

zeaxanthin Zrna kukuřice (Zea mays) obsahují žluté barvivo zeaxanthin (λmax 483, 451 nm), velmi podobné luteinu; oba se používají jako antioxidanty. Podobně plody šípku (Rosa canina) obsahují červený rubixanthin (λmax 509, 474, 439 nm).

O O

O OH

bixin Annatto (annato) je červené, oranžové až zlatožluté barvivo ze semen tropického keře Bixa orellana. Hlavní barevnou složkou je bixin (cis-bixin λmax 509, 475, 443 nm), monomethylester kyseliny diapokarotenové. Přítomen je i demethylovaný produkt norbixin, který se nalézá v pryskyřičnatém obalu obklopující semeno. V minoritních množstvích jsou přítomny i trans-bixin a cis-norbixin. Keř annatto je doma ve střední až jižní Americe, kde se semena používají jako koření. Objem světové roční produkce je odhadován na 10 tisíc tun, je používán jako potravinářské barvivo E160b.

HO

rubixanthin Kryptoxanthin z vaječného žloutku, obilí či plodů jahodníku (Fragaria vesca) je opět žlutý (λmax 480, 452 nm).

HO

OH

kryptoxanthin

O

O OH

Krásnou červenou barvu některých řas, mořských hub, ryb, uvařených krust krabů a humrů (Homarus) způ-

krocetin 10

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) OH

OH OHHO

HO O O O

HO

O

O

OHHO

HO OH

O

O

OH OH

O

O O OH

OH

krocin Krocin (krocetin bis-gentiobiosid, λmax 464, 434 nm) se vyrábí z extraktu z vodorozpustného barviva z gardénie jasmínové (Gardenia jasminoides) a z červených pestíků šafránu (Crocus sativus). Barviva nejsou obchodně záměnná, neboť cena šafránu, ale i jeho vůně je v případě přírodního materiálu hodnocena velmi vysoko, protože jde o nejdražší koření na světě. Deglykosylovaný oranžový krocetin je vlastním nositelem barevnosti a je již nerozpustný ve vodě, λmax 464, 436, 411 nm. Odhad světové roční produkce koření šafránu je 50 tun.

V přírodní kurkumě se vyskytují i sloučeniny bez jedné či obou methoxyskupin, demethoxykurkumin a bisdemethoxykurkumin. OH OH HO

HO

OH OH

O O HO HO HO O HO O OH O HO OH

HO

O

O

O

OH

O

karthamin

O HO

Strukturně je polyenovým barvivům vzdáleně příbuzný i karthamin, který tvoří přirozený přechod mezi nimi a chalkony. Jeho zdrojem je světlice barvířská neboli saflor (Carthamus tinctorius), což je prastará kulturní olejnatá rostlina pocházející z východní Indie. Znali ji už staří Egypťané, Řekové a Římané. V polovysychavém oleji dominuje kyselina linolová (někdy nazývaná, zřejmě nesprávně, i vitamín F) a olej je tedy velmi vhodný pro lidskou výživu. Historicky se světlice používala v barvířství, dnes je její použití spíše okrajové. Květy obsahují tři hlavní glykosidová barviva: ve vodě téměř nerozpustný šarlatově červený karthamin a rozpustné „saflorové žluti“ A

β-citraurin OH O O HO

violaxanthin β-Citraurin zlatožlutý, λmax 497, 467 nm, zvaný též sladká oranž či oranž „navel“, je karotenoidní barvivo nacházející se pouze v oplodí a plodech pomerančovníku (Citrus sinensis). Dalším barvivem ze slupek pomeranče je oranžovožlutý violaxanthin (λmax 471, 442, 417 nm). Kurkumin je nejvýznamnější barvivo nacházející se v oddenku kurkumy (Curcuma longa). Kurkuma je koření používané po mnoho tisíc let a my je známe jako žluté barvivo (E100) z koření kari. Pěstuje se v Indii, Číně a Pakistánu; prodává se jako jemně mletý sušený oddenek, který má kromě charakteristické barvy i významnou vůni. Světový obrat se odhaduje na 15 až 20 tisíc tun za rok. Lipofilní žlutooranžový kurkumin není rozpustný ve vodě a má λmax 425 nm. Označuje se též jako přírodní žluť 3 anebo turmeric yellow. Používá se i v medicíně jako protizánětlivý prostředek a nově i pro potlačování projevů (demencí) Alzheimerovy choroby.

O OHO

OH

HO HO HO O

OH O H OH OH

OH

HO HO

OH

saflomin A HO HO O HO H HO O

HO

O

O

HO

HO HO O

OH

O

OH

HO

HO

O

HO

O OHOH

O O OH

H OH OH HO OH

OH HO HO

saflomin B

kurkumin 11

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

pouze hydroxyskupina v poloze 1 a látka se jeví jako červená (λmax 530). V prostředí kyselejším než pH 5,5 je oranžová (λmax 435) s tím, že obě hydroxyskupiny jsou protonovány. Alizarin je tedy příkladem acidobazického indikátoru. Jednoduché barevné chinoidní sloučeniny se vyskytují v některých plísních. Hnědý plísňový toxin s antibiotickými vlastnostmi fumigatin se vyskytuje v Aspergillus fumigatus. Bronzově purpurový spinulosin je sekundárním metabolitem Penicillium spinulosum.

a B, tzv. saflomin A a B. Je zajímavé, že anglický termín pro označení byrokracie „red tape“ má původ v safloru, který se používal k barvení červených stužek užívaných ke svazování úředních spisů. Karthamin není stabilní na světle. Používá se na barvení tkanin (vlna a hedvábí), potravin, na výrobu líčidel a malířských barev. Někdy se používá na barvení rýže, cukrovinek a pečiva.

3. Chinonová barviva

O

O

OH

O

alizarin HO

OH

HO

O

O

HO

O

O

fumigatin

O

OH

spinulosin

polyporová kyselina Příbuzná je temně fialová polyporová kyselina z Polyporus vidulans, parazitické houby rostoucí na dubech. Ořešáky, náš vlašský Juglans regia a příbuzné jako J. cinerea, J. nigra, či americké pekany Carya illinoensis a hikory C. ovata, obsahují zejména ve slupce ořechu volný juglon a jeho glykosid, případně glukosid trihydroxynaftalenu, který po hydrolýze a oxidaci přechází na juglon, tmavé barvivo, používané k barvení na odstíny růžové a hnědé. Toto naftochinonové barvivo je známé také jako juglandová kyselina či nucin; krystaluje jako žlutooranžové krystaly (λmax 420) rozpustné v benzenu, alkoholu a etheru, ale velmi spoře ve vodě. Krystaly se působením alkálií barví do tmavofialova a snadno se rozkládají. Každý, kdo někdy loupal vlašské ořechy, ví, jak dobré je juglon barvivo. Je sice mírně toxický, ale používá se ke stabilizaci nealkoholických nápojů, do opalovacích krémů a šamponů.

OH

O

OH

O

OH

OH

O

O

Patří mezi barviva s dlouhou historií. Vzhledem k struktuře, která je často velmi rozmanitá, můžeme předchozí barviva, tj. karthamin a saflominy, považovat i za deriváty s chinoidní strukturou. Jedním z hlavních zástupců této skupiny je alizarin, který se vyskytuje ve formě glykosidu (6’-O-β-D-xylopyranosyl-β-D-glukopyranosidu, tzv. ruberythrinové či ruberythrové kyseliny a je tudíž jakožto konjugát rozpustný ve vodě) v evropské mořeně barvířské (Rubia tinctorum) spolu s purpurinem, který je převážnou barevnou složkou mořeny rostoucí v Indii. Izolace vyžaduje hydrolýzu glukosidového prekurzoru obsaženého v kořenech. Alizarin poskytuje intenzivní červenou barvu po interakci s mořidlem, jímž bývá alkalický sulfát (alum, často Alumen album sulfát [kamenec] hlinito-draselný) a alkálie. Podle kationu mořidla je vybarvení materiálu různé od červené, fialové, oranžové, přes lila až ke hnědé. Důležitost přírodního alizarinu byla snížena jeho syntézou (prvé syntetizované barvivo, již 1868). V přírodě se vyskytuje i v plevelu zvaném svízel povázka (Galium mollugo) a svízel vonný (Galium odoratum). Alizarin, dnes vyráběný uměle, se užívá na barvení textilií, tapet nebo jako malířská barva.

OH

O

O OH

purpurin O

HO

O

OH O

O OH

juglon

O HO HO

O

lawson

O OH

OH O

Strukturně příbuzným naftochinonem je lawson, který je hlavní barevnou složkou tradičního barviva henna (hena), což je prášek z mletých sušených listů a výhonků keře Lawsonia inermis. Barviva z henny jsou známa tím, že velmi dobře absorbují ultrafialové záření ze slunečního světla. Henna je známa i tím, že si s ní prorok Mohamed údajně barvil vousy. Dnes se používá pro barvení vlasů a ornamentální tetování barví na odstín hnědé či červenohnědé. Roční světová produkce henny je 9 tisíc tun. Dalšími významnými barvivy jsou barviva z kamejníkového (alkanetového) kořene Alkannae radix.

ruberythrinová kyselina

Alizarin je fenolická (kyselá) sloučenina, která může v závislosti na bazicitě prostředí ztrácet jeden nebo dva protony, a měnit tak uspořádání elektronů a v této souvislosti i barevnost. Při pH pod 10 dochází k deprotonaci hydroxylů v poloze 1 a 2 a látka se jeví v roztoku jako fialová (λmax 565 a 610), při pH kolem 7 je deprotonována 12

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) O

Ten obsahuje červené barvivo alkannin (anchusin, alkanetová červeň) používané v Evropě již od pradávna. Připravuje se z kořene kamejníku barvířského Alkanna tinctoria, či orchanetu Lithospermum tinctorium jako barvivo pro kosmetické a potravinářské účely. OH O

O

OH

OH O

OH O O

OH

HO

OH OH

O

OH O

zdvojené spinochromy

lapachol Stejné barvy objevili archeologové v 1800 let staré textílii nalezené v Judské poušti. Mayové a Inkové používali toto barvivo ještě před tím, než byl hmyz pěstován uměle. Celková roční produkce tohoto druhu hmyzu je v současné době 300−350 tun. Je jednou z mála povolených krásně červených potravinářských barev (E120) a barví se jí např. nápoj Campari. Obsahuje dvě hlavní barevné látky: kyselinu kermesovou (λmax 498 nm), která je fialovočervená v kyselině sírové, modrá v kyselině borité a fialová v alkalickém prostředí, a kyselinu karmínovou, černočervenou ve vodě a žlutou až fialovou v roztocích kyselin. Kyselina karmínová je z hlediska organické chemie jeden ze zástupců tzv. „Cglykosidů“ v přírodě.

Strukturně příbuzný je žlutý lapachol z tropických dřev stromů Tabebuia impetiqinosa a jiných zástupcích r. Tabebuia, který má také antineoplastické vlastnosti. O

O

OH

HO

O

alkannin

O O

O

OH

OH O

OH O O O

O

O

OH

OH

O

chimafilin

V plodu šeferdie kanadské (Shepherdia canadensis) se nachází žlutý naftochinon chimafilin. Zajímavá skupina benzochinonů je z mořské fauny. Spinochromy (ze „spino“ pro páteř a „chrome“ pro barva) jsou získávány z mořských ježků (Strongylocentrotus droebachiensis, Eucidaris tribuloides). Jejich struktura je odvozena od spinochromu E, který je substituován či zbaven hydroxyskupiny. Sám spinochrom E má λmax 533, 497, 462 nm. Ve výsledku má např. Eucidaris tribuloides nádherně purpurovou barvu.

OH O

HO

OH

HO

HO

OH

HO

6 7

5

4

8

1

O OH

HO

OH OH O

kyselina kermesová

OH O

OH O

OH O

OH HO

3 2

O

H

OH

O

O

HO

OH

OH HO

OH OH

O

kyselina karmínová

OH

Alkermesová šťáva, kermesové („chermes“) barvivo šarlatové či karmínové barvy, tzv. nepravá košenila, je červený prášek vyráběný ze zaschlých samiček červce Kermes ilicis (dříve označovaný Coccus ilicis) hmyzu žijícího na některých druzích dubů v Evropě. Byla dříve užívaná hojně jako náhrada za drahé barvivo karmín, např. i starými obyvateli Judeje a Římany. Chemická literatura zde mnoho nenapoví, neb existuje značné zmatení a propletení pojmů; nejpravděpodobnějším barvivem, obsaženým v Coccus ilicis, je kyselina kermesová, která je v řadě seriózních literárních pramenů označována synonymem kermes. Někdy je uváděna jako komponenta i kyselina xanthokermesová. Významný rozdíl mezi kermesem a košenilou lze nalézt v tom, že kermes je označován jako C.I. Natural Red 3 (podle CAS RN 1849992-8, kyselina kermesová) a košenila C.I. Natural Red 4 (podle CAS RN 1260-17-9, kyselina karmínová). Pro dovršení zmatku je znám v literatuře i minerální kermes, jímž je sulfid antimonitý a výrazem „kermes“ je také označován malý, stálezelený evropský dub Quercus coccifera, na kterém červec žije. Strukturně příbuznými naftochinony jsou látky z tzv. lac, hmoty žlutočervené barvy získávané z výměšků indického hmyzu Coccus laccae. Světový obchod je zde menší

OH

OH O

spinochrom E a číslování atomů Jak spinochrom D postrádá hydroxyskupinu v poloze 7, tak spinochrom C má acetylovánu skupinu v poloze 3, echinochrom A má v poloze 7 místo hydroxyskupiny ethylovou, dehydroechinochrom má v poloze 7 místo hydroxyskupiny ethylovou a hydroxyly v polohách 2 a 3 jsou oxidovány na ketoskupinu. Trimethylechinochrom A má hydroxyly v polohách 2, 3 a 6 methylovány a v poloze 7 místo hydroxyskupiny ethylovou. Zdvojené spinochromy jsou přítomny také. Zajímavostí těchto sloučenin je, že pomocí snadno deprotonizovatelných hydroxyskupin mohou tvořit stabilní soli. Košenila, zvaná též šarlat, karmín či magenta, je červené barvivo, použitelné i bez mořidel. Užívá se pro barvení na červeno, růžovo a purpurovo. Jde o přírodní substanci, získanou, jak již bylo řečeno, z rozdrcených těl oplodněných samiček hmyzu červce nopálového (Coccus cacti či Dactylopius coccus), který žije na opunciích v Mexiku a střední Americe. 13

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

s pouhými 10 tunami ročně. Barvivo obsahuje lacaovou kyselinu A, B, C a D. Typy A−C se liší jen málo. Nejhojnější je typ A, zvaný též karmín.

tinctoria, či I. suffraticosa, případně evropský boryt barvířský (Isatis tinctoria), kde se nachází ve formě glykosidu indikanu. O

R OH O

OH

OH

O OH HO

N H

O

OH

HO O

Struktura (2E)-2,2’-biindol-3,3’(1H,1’H)-dionu je formálně příbuzná výše popsaným chinonům i proto, že se snadno zapojuje do oxidačně-redukčních reakcí. Toto zapojení má důsledek i praktický. Jeho redukovaná forma (indigoběl) je rozpustná ve vodě a může tak být nanesena např. na látku. Materiál je na vzduchu usušen, indigoběl se oxiduje a zmodrá (Schéma 1). Tím, že je špatně rozpustné ve vodě, indigo zůstane na látce. Taková barviva označujeme jako kypová.

lacaová kyselina D

A, R = -CH2CH2NHCOCH3 B, R = CH2CH2OH C, R = CH2CH(NH2)COOH

Lacaová kyselina D je zvána též kyselina xanthokermesová a podobá se značně kyselině kermesové.

HO O

O

OH

HO OH

O H O

HO

OH

HO

indigo

O

OH

O

lacaová kyselina A−C

H N

OH

O

OH

N H

O

arpinková červeň

N H OH

Penicillium oxalicum var. Armeniaca CCM 8242 z půdních vzorků produkuje arpinkovou červeň malinové barvy, která je velmi stabilní. OH O

OH

OH

O

chrysofanová kyselina

O

N H

OH

H 3C H 3C

O

N H O2

Na2S2O4

H N

O2

O

N H

HO

H N

O

Schéma 1 V literatuře je určitá neshoda, zda je indigo trans či cis. Chemical Abstracts uvádí pod CAS RN 482-89-3 cisderivát jako přírodní indigo (indigotin), uvádí však indigo i pod číslem 68651-46-7, avšak bez uvedení struktury. Pod označením CAS RN 33934-64-4 je např. uvedeno N,N’-diacetylindigo avšak v konfiguraci trans. Výpočty molekulární struktury však prokázaly, že vypočtená struktura je blíže isomeru trans31. Bromovaný derivát indiga, dibromindigo, je známé purpurové barvivo, tzv. punicin antický (tyrský purpur) z měkkýšů Murex. Tento, též zvaný císařský (imperiální) purpur, byl vyráběn již starými Féničany z ulit ostranek Murex brandaris, Murex trunculus, Helix ianthina nebo Purpura lapillus.

OH OH

OH

O

emulsin

OH

hypericin Chrysofanová kyselina, barvivo z kořenů reveně bulharské (Rheum rhaponticum), se používá k barvení do žluta, oranžova a červena. Sama kyselina je žlutá (λmax 436, 288, 278, 256 nm) a váže se dobře na keratin, proto se používá na barvení vlasů. V našich krajích rostoucí třezalka (Hypericum) obsahuje červené, fluoreskující barvivo hypericin, který může vyvolávat u dobytka citlivost na světlo.

O

4. Indolová barviva

Br

Indigo, jedno z nejstarších člověkem používaných barviv, které bývalo významnou obchodní komoditou, je dnes vytlačeno syntetickými barvivy. Levi Strauss přestal barvit svoje montérky zvané „jeans“ indigem až v 19. století. Ročně se ho vyrobí z přírodních zdrojů asi 50 tun. Jeho zdrojem je indická rostlina indigovník Indigofera

N H

H N

O

Br

punicin

Dalším derivátem indolu je betanin z červené řepy (Beta vulgaris subsp. vulgaris var. vulgaris) E162, se kterým se běžně setkáváme např. v jogurtech, které mají vypadat jakoby obarvené borůvkami a podobně.

14

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) O

H

OH HO

O

HO

*

OH HO

HO

O

+

N

O

Mezi indolová barviva řadíme i melaniny, které způsobují tmavé zabarvení peří, kůže, šupin, očí, některých vnitřních membrán, kutikul hmyzu, hlíny a některých hub. Albíni melaniny netvoří.

H HO

NH

OH

O

5. Pyranová barviva

O

betanin

OH

HO HO HO HO O

N

O O

OH HO

O

N H HO

OH

O HO

K nejdůležitějším pyranovým barvivům patří anthokyaniny (lat. anthos − květ), obecně se vyskytující jako glykosidy, jejichž kombinace mohou být nejrůznější. Nejběžněji jsou glykosylovány v polohách 3 a 5, zřídka 7, 3’ a 4’. Jejich barva je tmavá, např. červená, modrá a fialová. Jejich barevnost a barevná modifikovatelnost je jedním z divů přírody, která nás obklopuje. Zajímavé je i to, jakou bohatost barev dokázala příroda stvořit z několika aglykonů, které jsou různě konjugovány s cukernými zbytky. Jako cukerná složka se uplatní D-glukosa, L-rhamnosa, D-arabinosa, rutinosa (α-L-rhamnosyl-(1→6)-D-glukosa) a soforosa (β-D-glukosyl-(1→2)-D-glukosa).

O

O

OH

amaranthin Barvivo je sytě tmavočervené a lze jím barvit na odstíny rezavě červené až růžové. Barvivo není příliš stálé a časem bledne. Při pH běžných v potravinách nedochází ke změnám barvy. V kyselém prostředí pod pH 3,5 je betanin červenofialový (λmax 535 nm), v tomto rozmezí pH dochází ke změnám disociace a vytváření zwitteriontových struktur, při kterých však barva není významně ovlivněna. Při změnách pH mezi 3,5 a 7,0 se fialový tón prohlubuje (λmax 538 nm), což je spojeno s tím, že fenol za těchto podmínek deprotonuje. V alkalickém prostředí se dusík v šestičlenném kruhu při pH 9,0 až 10,0 zbavuje protonu a přechází z kvarterního na normální trojvazný; barva se změní na fialovou (λmax 544 nm). Deprotonace hydroxylů cukerné části v silně alkalickém prostředí (pH 12−14) na barevnost nemá vliv. Vedle betaninu a isobetaninu (má opačnou konfiguraci na uhlíku označeném hvězdičkou) je v řepě přítomen ještě žlutý vulgaxanthin I a II. Betaninu podobné červenofialové barvivo amaranthin je z laskavce (amaranthu), který se pěstuje jako obilovina pro velmi jemný škrob a vysoký obsah bílkovin. U nás jsou známé ozdobné kultivary. Všechny jsou začleňovány do skupiny betacyaninů. Syntetické barvivo amaranth CAS RN 915-67-3 je však odlišné struktury.

OH Cl HO

7 6

8

R

5

HO

H

N H

OH O

5'

OH

OH

O

číslování anthokyanidinů

OH

Cl

kyanidin

OH

Jak je vidět z připojených vzorců, jsou tyto látky obvykle znázorňovány jako oxoniové soli. Může to být i proto, že jsou po izolaci z protického prostředí jako soli izolovány a takto i charakterizovány.

N H O O

OH HO

vulgaxanthin

6'

OH

OH

O

O H N

3

1'

4'

Kyanidin má v kyselém prostředí červenou barvu (květy růže Rosa, plody třešně Cerasus avium, brusinky Rhodococcum vitis-idaea, aj.) a v alkalickém modrou (chrpa modrák, Cyanus seqetum), opět se zde uplatní známý efekt, kdy se změnou pH dochází k protonacím a deprotonacím a tím k přeskupování elektronů interagujících s fotony viditelného světla. Barevnost je v případě obdivovaných barev podzimního listí, ve kterém degraduje chlorofyl a vystupují m.j. karotenoidy, ovlivněna i komplexací s kovy a skládáním barevných molekul do supramolekulárních uskupení. Proto je paleta podzimu tak rozmanitá v závislosti na kyselosti a alkalitě půd a obsahů různých kationtů v nich.

O

O

4

2

3'

OH

O

O O

O

+

OH

H N

HN

2' 1

HO

O

-

O

strukturní fragment melaninu

Cl OH

I, R = OH II, R = NH2

OH

15

pelargonidin

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) OH

OH OH

O

HO

O

O

O

HO

O

HO

O OH

OH

O

O OH

OH

O

OH

O

OH

OH

OH

O

OH

OH OH

OH

OH OH

pH < 3, červený

OH OH

pH = 7-8, fialový

pH > 11, modrý

3-O-β-D-glukopyranosylkyanidin

OH Cl HO

O

zprvu purpurový a postupně z něho vypadávají červené krystaly, které jsou však v procházejícím světle fialové.

OH

+

OCH3 OH

O HO

O

O

HO

OH

O

OH OH

HO

O

OCH3

OH

Cl

malvidin

OH

OH OH

OH

kyanin, 3,5-di-O-β-D-glukopyranosylkyanidin

OH HO

Dalšími zástupci anthokyaninů jsou červený pelargonidin z pelargonie Pelargonium, hnědý delfinidin z červeného vína a jeho temně purpurový glukosid myrtillin, poslední se vyskytuje též ve violce Viola tricolor . OH Cl

OH HO

O

OH

Cl

HO

O

Podobně jako morin (viz dále) se v barevných dřevech vyskytuje světle růžový katechin, používaný proto, že na vzduchu hnědne, jako laciné hnědé barvivo. Tento flavonoid se nachází jako (+)-katechin spolu s isomerem (–)-epikatechinem (který je cis, tj. konfigurace hydroxylu je opačná). Nachází se v dřevě khadiru či gambiru Acacia catechu a dřevě mahagonu neboli svitenie Swietenia. Světle růžový (–)-epikatechin je součást listových flavanolů, které tvoří podstatnou část fenolických sloučenin v čaji vyráběného z listů kamélie čínské či čajovníku čínského Camellia sinensis, a které jsou odpovědné za charakteristickou barvu a chuť čaje. K dalším patří theaflavinová kyselina, theaflavin a jeho estery s kyselinou gallovou.

OH

+

OH

peonidin

delfinidin

Peonidin z tmavočervených pivoněk Paeonia officinalis, je aglykonem peoninu. Peonidin je červenohnědý málo rozpustný ve vodě a jeho alkoholový roztok je purpurově červený. Šedohnědý petunidin z petúnií Petunia hybrida a vítodu hořkého krátkokřídlého (Polygala amara subsp. brachyptera) je aglykonem petuninu, který je v pevném stavu fialový s měděným leskem. Cl HO

O

-

OH OH HO

OH

O

OH

O

HO

OH

O

+

O OH

OH OH

OH

OH

OH

OH

OH OH

OH

*

katechin

O

-

O

OH

theaflavin

OH

petunidin

Anthoxanthiny jsou s anthokyaniny příbuzné tak, že v poloze 4 mají karbonylovou skupinu. Nejsou tak tmavé barvy, převážně jsou žluté (xanthos) až hnědé, někdy do oranžova. Jsou děleny na flavonoly a flavony, které navíc postrádají hydroxyl v sousedství karbonylu (v poloze 3). Přispívají k barevnosti řady rostlin, jejich plodů a dřev. Je

Malvidin se nachází ve formě červenohnědého diglukosidu malvinu v prvosenkách (Primula) a slézu lesním Malva sylvestris a jako monoglukosid v modrém hroznu z révy (Vitis vinifera). Po rozpuštění v methanolu je roztok 16

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) OH

najdeme jej v jabloni (Malus domestica), L-rhamnosou tamtéž a navíc v švestce (Prunus domestica), révě vinné (Vitis vinifera) a jinanu, D-glukosou tamtéž a navíc broskvoni (Prunus persica), meruňce (Prunus armeniaca), švestce, třešni ptačí (Cerasus avium), rybízu. Kvercitrin je žlutooranžová látka izolovaná m.j. z jinanu, zřejmě nejstaršího dosud žijícího druhu stromů, podle geologických údajů druhu starého 150−200 mil let. Čínští mnichové jej považovali za svatý strom, protože jeho léčivé schopnosti jsou velmi zajímavé a droga se používá jako lék m.j. i při Alzheimerově chorobě. Jinan patří k nejlépe prozkoumaným léčivým drogám na světě, zřejmě pro svoje významné farmakologické účinky, za které zodpovídají zejména flavonoidy a terpenické sloučeniny. Kromě rutinu a kvercitrinu obsahuje listová droga jinanu kempferol a isorhamnetin.

OH HO

OH

O

OH HO

O O

theaflavinová kyselina

OH

všeobecně známo, že různá barva, vůně a tvar květů přitahuje jiný typ opylovačů, vztah mezi barvou květů a typem opylovače je alespoň částečně závislý na obsahu těchto barviv. Podívejme se nejprve na zástupce flavonolů. OH

OH

OH HO

O

O

HO

OH

OH OH O

OH OH O

OH

myricetin

HO

kempferol

O

HO HO

O

OH

O

OH

Myricetin a jeho 3-glukosid se nacházejí v rybízu (Ribes). Kempferol a jeho 3-glukosid přispívají k barevnosti plodů rybízu a broskvoně obecné (Persica vulgaris). Kvercetin z vnitřní kůry dubu Quercus velutina, je oranžovohnědý a vyskytuje se také v chmelu, čaji, kaštanu jírovci maďalu. Je to aglykon rutinu z routy vonné (Ruta graveolens) a jeho biologická účinnost je velmi zajímavá, neb ovlivňuje průchodnost buněčné stěny. Rutin bývá označován jako vitamin P a používá se k léčení zvýšené lomivosti a propustnosti krevních vlásečnic, poruch funkce žil dolních končetin a při hemoroidech.

OH

O

OH O

OH HO

OH

fustin Morin je dalším zástupcem flavanolových barviv, který se nachází v dřevech stromů a který se používá v chemické laboratoři. Postřikují se s ním destičky TLC, aby je bylo možno detegovat UV světlem. Morin v ultrafialovém světle fluoreskuje a tam, kde je na desce skvrna adsorbované látky, je tato fluorescence zhášena. Je rozpustný v alkoholu a používá se k barvení vlny. Jako příklady přírodního výskytu uveďme dřeva stromů chlebovníku žakii Artocarpus heterophyllus, makluře Maclura pomifera, fustiku Chlorophora tinctoria (také zvaném Maclura tinctoria anebo Morus inctoria) z Ameriky, a indické moruše Morinda citrifolia z Asie. Ve žlutém dřevě Morus inctoria se vyskytuje volně nebo ve formě vápenaté soli; vodný extrakt tohoto dřeva se používá k barvení cigaret a doutníků. V některých dřevech se vyskytuje spolu s fustinem (dihydrofisetinem). Tato dřeva jsou dnes relativně vzácnými komoditami.

OH

O

HO

OH

OH OH

rutin

OH

Rutin je světle žlutý a málo rozpustný ve vodě. Obsažen je i v řebříčku Achillea a jinanu dvoulaločném Ginkgo biloba či pohance seté (Fagopyrum esculentum) a mnoha dalších rostlinách. OH

OH OH

OH HO

O

HO

O O

OH OH O

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH O HO

kvercetin

O

O

OH

O

morin OH

O O

OH O

isorhamnetin

OH HO

OH

O

OH

HO

O

kvercitrin

HO

O

OH O

Kvercetin je aglykonem kvercitrinu; je glykosylován obvykle v poloze 3. Pokud je glykosylován D-galaktosou

fisetin 17

OH OH

OH O

myricitrin

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

Žlutý málo rozpustný ve vodě hesperidin, též zvaný cirantin, byl izolován z citrusů, citronů (Citrus limon) a pomerančů (Citrus sinensis). Hesperetin téže barvy je jeho aglykonem.

Žlutý flavonoid fisetin je přítomný v kůře a dřevě mnoha stromů; izolován byl např. z Rhus cotinus, ruj vlasatá. Žlutý myricitrin byl izolován z kůry myrty Myrica nagi. OH

HO

H3CO

O

O

HO

OH

O

chrysin

OH

OH

OH O

OH O

OH O

galangin

rhamnetin

Žlutý chrysin se nachází ve vnitřních částech dřeva douglasek Pinus monticola. Uvádí se jeho výskyt i v květech topolu bílého Populus alba.

Lehce žlutý galangin je izolován z kořenů galangy, Alpinia officinarum. Žlutý rhamnetin je aglykonem xanthorhamninu, vyskytuje se v plodech řešetláku počistivého Rhamnus cathartica.

OH

OH OCH3 HO

HO

O

O

O

OH O

O

OH

OH

diosmetin

HO

O

OH

HO

OH

O

O HO

O

Diosmin a jeho aglykon diosmetin jsou žluté látky, které se vyskytují např. v citronech Citrus limon. Strukturně blízký demethylovaný žlutý luteolin, též zvaný digitoflavon, je ve formě 5-glukosidu, galuteolinu, izolován ze semen jestřabiny lékařské Galega officinalis, a žlutý luteolin 7-glukosid, zvaný cynarosid, se nachází v řebříčku obecném Achillea millefolium. Nať rýtu barvířského, rezedy (Reseda luteola) a kručinka barvířská Genista tinctoria v listech a květech obsahují žluté barvivo luteolin, které se používá k barvení látek (např. plátna a vlny).

robinin

OH

OH

HO

OH OH O

OH OH

myricetin

OH O

Žlutý robinin je dimorfní flavonoid izolovaný z listů a květů trnovníku (akátu) bílého Robinia pseudacacia. Žlutý myricetin se vyskytuje v kůře stromu Myrica nagi. Další skupinou jsou flavanoly, jejich barva je obvykle také žlutá. Nejjednodušším zástupcem je flavon. Žlutý (λmax 350, 405 nm), ve vodě nerozpustný flavon byl izolován z prvosenky žahavé Primula malacoides, Franch., apigenin téže barvy byl izolován z petržele Petroselinum crispum, celeru Apium graveolens a heřmánku Matricaria recutita.

OH HO

HO

O

O

HO

O OH

H

HO

O

OH

santal

Žlutý isoflavonový pigment santal je přítomen jako jedna z barevných látek v santalovém dřevě (Santalum album). Dále se v santalovém dřevě nacházejí i červené santaliny, jimiž přecházíme ke složitějším pyranovým derivátům. Santaliny jsou jakožto fenoly rozpustné v alkáliích

OH

OH OH

O

OH

OCH3 O

OH

Výše zmíněný přírodní flavonový glykosid, rhamnoglykosid diosmetinu, je izolován z řady zdrojů, mimo citronovou kůru (Citrus limon) z routovité Zanthoxylum avicennae a květů novozélandského stromu jerlínu kowhai (pelu-pelu) Sophora microphylla.

OH O

O

OH

HO

diosmin

apigenin

O

O

O

O

OH

OH O

O

O OH

O

flavon

OCH 3

O

HO

OH

O

HO

luteolin

O

HO

HO

OH

OH O

OH HO

O

OH O

hesperidin 18

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) R

Stále zelený keř Mallotus philippensis, kamalský strom opičí tváře, vylučuje z plodů červený rottlerin, který lze izolovat i z kořenů této rostliny. Světová produkce tohoto kdysi populárního barviva není známa. Zařadit jej můžeme i mezi rostlinné chalkony. Na závěr této kapitoly uveďme vyšší homolog pyronu, xanthon a jeho deriváty. Patří k nim gentisin.

HO OH O

O OH

HO O

R= OH, santalin A, R= OCH3, santalin B

O OH

O

O

O

O

O O HO HO

H

HO

OH

OH O

HO

OH

asperulosid

OH

haematoxylin

Žlutý asperulosid zvaný též rubichlorová kyselina se nalézá ve svízeli vonném Galium odoratum a svízeli přítule Galium aparine. Vnitřní část dřeva stromu Haematoxylum campechianum obsahuje cca 10 % bezbarvé sloučeniny, haematoxylinu, který m.j. vyniká tím, že je 12 × sladší než sacharosa. Tato sloučenina na vzduchu oxiduje na červený až fialově modrý haematoxein (haematein). Světový roční obrat je cca 600 tun dřeva. Alkoholický roztok haematoxylinu (0,2 %) se používá jako indikátor. Je žlutý až oranžový v kyselých roztocích a purpurový v alkalických. Jeho roztok se také používá k barvení mikroskopických preparátů. Čerstvě připravený roztok haematoxylinu nebarví. Pokud je však oxidován na haematein, je možno jej použít s amoniakovým mořidlem, které urychluje zrání barviva, k barvení na červeno. Pokud takto obarvenou látku vypereme ve vodě, zmodrá. OH H

HO

O

brazilin

X

O O

Vyskytují se v řadě variant, např. R = C5H11, X = O purpurový rubropunctatin, X = NH oranžový rubropunctamin, R = C7H15, X = O oranžový monascorubrin a X = N purpurový monascorubramin. Strukturně příbuzné ankaflavin a monascin jsou žluté.

6. Oligopyrrolová barviva Mezi nejznámější oligopyrrolová barviva patří zelené chlorofyly z rostlin, jež se účastní fotosyntézy, a červený hem z hemoglobinu, který se účastní přenosu kyslíku. V organismu je hem vázán na bílkoviny, jako nař. globin přes histidinový zbytek.

OH

O

O

OH

R

O

HO

O

HO

gentisin

OCH3

Gentisin je světle žluté xanthonové barvivo z kořenů hořce Gentiana sp. o λmax 410, 315, 275 a 260 nm, které charakteristicky barví pravou slovenskou „koreňovici“. Zajímavé jsou přírodní barvy „Anka“ (ang-kak), které se používají v potravinářství, ovšem mimo Evropu a USA, mající původ v houbě Monascus, která se hojně vyskytuje v mnoha variacích, např. na bramborách, rýži a jiných potravinách.

OH

O O

O

OH

HO

a organických rozpuštědlech, ve vodě nikoli. Roční světová produkce dřeva je 50 tun.

OH

H 2C

brazilein

R1

H

H 3C

R2 N

H 3C H

HO O

CH2 OH

HO

O CH 3 propionová kyselina

O

rottlerin

chlorofyl

19

H O O R2 R1 R3 CH 3 CH 2 CH 3 X CHO CH 2 CH 3 X

O

X=

HO

H CH 3

H R3 H 3CO

Chlorofyl a Chlorofyl b

O OH

N Mg 2+ N N

H

Americké dřevo „brazilwood“ Caesalpinia echinata obsahuje ve vodě rozpustnou sloučeninu, brazilin, která přechází oxidací na červené barvivo brazilein. Použitím různých mořidel lze barvit jeho pomocí na jasně červený odstín. „Brazilwood“ byl ve středověku jedním z nejdůležitějších barviv. Jeho sláva skončila v 19. století a dnes je jeho produkce zanedbatelná.

CH 3 CH 3

CH 3 fytyl

CH 3

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) H2C

O

CH3

H3C N

Fe

N

CH2

N

O O

N

H3C

NH

NH

N

OH

OH

CH3

HOOC

O

hem

COOH

Hemoglobinu je strukturně podobný myoglobin, což je jednořetězcový hemoprotein, sekvenčně i konformačně homologní s β-podjednotkou hemoglobinu. Myoglobin je část sarkoplazmatického proteinu svalu a je odpovědný za více než 90 % barevnosti masa. Jeho koncentrace ve svalech je proměnlivá. Je ve vodě rozpustný, též se rozpouští ve zředěných roztocích solí. V obou se na atom železa v hemu může vratně vázat molekula kyslíku. H2C N

fykoerythrobilin

Biliny fykocyanobilin a fykoerythrobilin jsou připojeny k cystinovému zbytku apoproteinu thioetherovou vazbou. Jsou to červená a modrá barviva ze tří oddělení řas, Rhodophyta, Cyanophyta a Cryptophyta. Jsou to chemicky tzv. tetrapyrroly s otevřeným kruhem, jsou děleny podle barevnosti na modré fycocyaniny, červené fycoerythriny a lehce modré allofycocyaniny. Tyto pigmenty z řas mají do budoucna velký potenciál jako přírodní barviva potravin, kosmetiky a léků. Fycoerythrin se používá jako fluorescenční značka v imunochemii.

CH3

OH HO

H3C

N CH2

N

7. Pteridinová barviva

NH

H3C

Skupina barviv patřících mezi pteriny je odvozená od bicyklického heterocyklu pteridinu. Prvý žlutý pigment byl izolován z křídel motýlů (řád Lepidoptera) již v roce 1889, skupina těchto pigmentů byla nazvána pteridiny (pteron = řecky křídlo). Poměrně vysoké koncentrace pterinů se nacházejí jako pigmenty u hmyzu, obojživelníků, plazů a ryb.

billirubin

CH3

HOOC

COOH

H 2C H3C

O NH

O HN

NH H3 C

billiverdin

CH3

CH2

O

N CH3

HOOC

H 3C

O

COOH

H 3C

NH H

COOH

N

sterkobillin

H2N

NH

N

OH

OH O

OH

N

OH

HN H2N

N

H N

O

N

xanthopterin

Oranžový xanthopterin se kromě motýlích křídel vyskytuje i v krabech, hmyzu a lidské moči. Riboflavinová žluť, derivát pteridinu, označovaná též jako E101 anebo vitamin B2, fluorescentní žluté barvivo (flavus je latinsky žlutý), se volná nachází pouze v retině oka. Nalézá se v přírodním materiálu konjugovaná jako riboflavin monofosfát v játrech, tučných rybách (rybím tuku/oleji), mléčném tuku, tučných mléčných výrobcích, žloutcích, avokádu, ústřicích, ořeších, luštěninách, zrní,

O NH

N

O N

leukopterin

(–)-Sterkobillin je jeden z oranžově žlutých urobillinů, který se tvoří ve střevech další obměnou metabolitů hemu.

NH

COOH

erythropterin

OH CH 3

HOOC

N H

Červený erythropterin a žlutý leukopterin jsou obsaženy v křídlech motýlů, barvě mloků a mořském planktonu.

HN

H 3C

N H

O

O

pteridin

H N

H2N

N

N

CH 3

HN

N

N

CH 3

O

H N

N

Billirubin (píše se i s jedním l) je hlavní barvivo žluči, je oranžově červený a tvoří se oxidací hemu. Vyskytuje se konjugován jako glukuronid. Zelený billiverdin je také ze žluči.

O O

NH

fykocyanobilin 20

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005) OH HO

N

Orcein a orchil jsou barviva z tzv. archilu, lišejníků Rocella tinctoria, Ochrolechia tartarea (syn. Lecanora tartarea), Everina prunastri, z druhů Parmelia, Umbilicaria a Lasallia. Obecně jde o směs červených, purpurových a fialových barviv, získávaných z lišejníků působením amoniaku.

OH OH N

O

NH

N

riboflavin

O

O HO

N

OH

OH OH O O P P O O

N

10. Přehled potravinářských „éček“

N

Vzhledem k tomu, že nás přírodní i syntetická barviva obklopují ze všech stran, je jejich použití v mnoha výrobcích regulováno. Znakem takové regulace je jednak evidence povolených barviv a na straně druhé stanovení povolených koncentrací. Z důvodů snadné evidence mají potravinářské barvy přiděleny evidenční symboly, které je charakterizují. Uvádíme seznam těchto symbolů s uvedením významu. E100, kurkumin; E101, riboflavin (vitamin B1) a riboflavin-5’-fosfát; E102, tartrazin; E104, chinolinová žluť; E107, žluť 2G; E110, oranžová žluť S (žluť SY); E120, karmín pravý (košenila); E121, citronová červeň 2; E122, azorubin; E123, amarant; E124, košenilová červeň A (ponceau 4R); E127, erytrosin; E128, červeň 2G; E131, patentní modř V; E132, indigotin (indigokarmin); E133, brilantní modř FCF; E140, chlorofyly (i) a chlorofyliny (ii); E141, chlorofylové (i) a chlorofylinové (ii) komplexy s obsahem mědi; E142, brilantní zeleň kyselá (lisaminová zeleň); E143, fast green FCF (stálá zelená); E150, karamel; E151, čerň brilantní BN; E153, medicinální uhlí; E154, hněď FK; E155, hněď HT; E160a, alfa, beta, gama-karoten (provitamín A); E160b, bixin, norbixin (Annato, Orlean); E160c, kapsantin (kapsorubin, paprikový extrakt); E160d, lykopen (rajčatová žluť); E160e, beta-apo-8-karotenal; E160f, ethylester kyseliny beta-apo-8-karotenové; E161a, flavoxantin; E161b, lutein; E161c, kryptoxantin; E161d, rubixantin; E161e, violaxantin; E161g, kantaxantin; E162, betanin (červeň z červené řepy); E163, antokyany; E166, santalové dřevo; E170, uhličitan (i) a hydrogenuhličitan (ii) vápenatý; E171, oxid titaničitý; E172, oxidy a hydroxidy železa (hnědý, červený, žlutý, černý); E173, hliník; E174, stříbro; E175, zlato; E180, rubínový pigment (litholrubin BK).

N HO

OH N O

NH2

N O

OH

NH

N O

FAD brokolici, špenátu, chřestu a podobně; případně se vyskytuje také jako flavinadenindinukleotid (FAD).

8. Isochinolinová barviva Kořen krvavěnky Sanguinaria canadensis se již v prehistorických dobách používal k barvení na oranžovo, růžovo a červeno. Krvavě červenou šťávu můžeme dostat z oddenku rostliny. O O

O +

N +

O

N

O

O

O

O

berberin

sanguinarin

Šťáva obsahuje isochinolinové alkaloidy, jmenovitě sanguinarin (bezbarvý alkaloid, jehož soli jsou červené; je antimikrobiální a učinkuje proti plaku) a řadu dalších, včetně žlutého berberinu. Jedovatý berberin je obsažen také v keři dřišťálu obecném (dráči) Berberis vulgaris, vlaštovičníku větším Chelidonium majus (se sanguinarinem) a orlíčku obecném Aquilegia vulgaris.

11. Závěr 9. Ostatní barviva

Nahlédnutí do kuchyně přírody, která v nepřeberné knihovně sekundárních metabolitů stvořila i látky, které jsou barevné a jako barviva i často slouží, je drobnou pomůckou, která může být významná pro potravinářského, farmaceutického (jak je např. uvedeno v odstavci 1.2.), či kteréhokoliv chemika, neboť může napomoci širšímu využití citovaných látek v rámci „obnovitelných zdrojů“ zelené chemie. Výčet barviv zde uvedených je nutno brát jako ukázku několika zajímavých příkladů ilustrující nepřebernou krásu chemie přírodních látek, které mohou být považovány za typické příklady, a nikoli jako vyčerpávající

Orcein je směsí látek s fenoxazonovou strukturou typu hydroxy-orceinů, amino-orceinů a aminoorceiniminů, z nichž např. derivát R’,R’’’=OH, R’’=H2, se nazývá α-hydroxyorcein. HO

OH R'

N

R'''

O

R''

orcein 21

Chem. Listy 99, 802 − 816 (2005)

přehled. Pro další informace odkazujeme na uvedené literární zdroje. QBFFFQS.

15.10.04. 19. http://www.ukfoodguide.net/enumeric.htm, staženo 15.10.04. 20. h t t p : / / w w w . a g s c i . u b c . c a / c o u r s e s / f n h / 4 1 0 / modules.htm#Colour, staženo 15.10.04. 21. http://www.raise.org/natural/pubs/dyes/annex.stm, staženo 15.10.04. 22. http://www.dyeman.com/NATURAL-DYES.html, staženo 15.10.04. 23. h t t p : / / w w w . 2 k - s o f t w a r e . d e / i n g o / f a r b e / farbchemie.html, staženo 15.10.04. 24. The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 25. ACD/Dictionary, ver. 8.08, ACD/Labs, Toronto, 2004. 26. Kodíček M.: Biochemické pojmy, výkladový slovník, VŠCHT Praha, verze 1.0, 2004, http:// vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002/, staženo 1.8.05. 27. Paulová H., Bochořáková H. Táborská E.: Chem. Listy 98, 174 (2004). 28. Lachman J., Hamouz K., Orsák M.: Chem. Listy 99, 474 (2005). 29. Chlupáčová M., Opletalová V.: Chem. Listy 99, 320 (2005). 30. Vítková M., Macková Z., Fukal L., Lapčík O.: Chem. Listy 99, 1135 (2005). 31. Chen P.C., Huang C.C.: Huaxue 52, 127-32 (1994), Chem. Abstr. 122, 293389 (1995).

Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305. Dále děkují doc. RNDr. Lubomíru Opletalovi, CSc. za významnou pomoc se správnou botanickou nomenklaturou. LITERATURA 1. Dean J.: The Craft of Natural Dyeing. Search Press (1995) ISBN: 0855327448. 2. Liles J. N.: The Art and Craft of Natural Dyeing: Traditional Recipes for Modern Use. University of Tennessee Press, Knoxville (1990) ISBN: 0870496700. 3. Buchanan R.: A Dyer's Garden: From Plant to Pot Growing Dyes for Natural Fibers. Interweave Press, Loveland (1995) ISBN: 1883010071. 4. McRae B. A.: Colors from Nature: Growing, Collecting and Using Natural Dyes. Garden Way Publishing Co Pownal (1993) ISBN: 0882667998. 5. Epp D. N.: The Chemistry of Natural Dyes (Palette of Color Series). Terrific Science Press, Middletown (1995) ISBN: 1883822068. 6. http://spectra.galactic.com/SpectraOnline/about/ collections.htm, staženo 15.10.04. 7. http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/sdbs/owa/ sdbs_sea.cre_frame_sea, staženo 15.10.04. 8. http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/menu-e.html, staženo 15.10.04. 9. http://www.lohninger.com/spectroscopy/dball.html, staženo 15.10.04. 10. http://www.nist.gov/srd/online.htm, staženo 15.10.04. 11. http://www.spectroscopynow.com/, staženo 15.10.04. 12. http://www.gsu.edu/~mstnrhx/edsc84/dye.htm, staženo 15.10.04. 13. http://www.danielsmith.com/learn/inksmith/200211/, staženo 15.10.04. 14. http://www.ajantacolours.com/prod.htm, staženo 15.10.04. 15. http://wwwchem.uwimona.edu.jm:1104/lectures/ ecode.html, staženo 15. 10. 2004. 16. http://www.foodcolour.com/, staženo 15.10.04. 17. http://www.neelikon.com/foodcol.htm, staženo 15.10.04. 18. http://www.standardcon.com/food%20colohttp:// www.rohadyechem.com/index1.shtml, staženo

J. Čopíkováa, M. Uherb, O. Lapčíkc, J. Moravcovác, and P. Drašarc,d (a Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, b Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak Technical University, Bratislava, c Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague, d Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague): Natural Colorants A brief survey of the most frequently occurring natural colorants aims to show the importance of this group of renewable materials, which can be utilised, among others, in food and pharmaceutical industry. The beauty and biodiversity of this group of mostly secondary metabolites are illustrated.

22

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001)

SACHAROSA JAKO PRŸMYSLOV¡ SUROVINA

sacharosa je glukofuranosylfruktofuranosa. Aû po roce 1926 na z·kladÏ klasickÈ methylaËnÌ anal˝zy Haworth4,5 postupnÏ navrhl nÏkolik dalöÌch strukturnÌch vzorc˘, z nichû ten z roku 1929 (obr. 1) je povaûov·n za prvnÌ Haworthovu perspektivnÌ projekci. Sacharosa (β-D-fruktofuranosyl-α-D-glukopyranosid) (obr. 2) je neredukujÌcÌ disacharid, kter˝ obsahuje osm hydroxylov˝ch skupin. T¯i prim·rnÌ hydroxylovÈ skupiny jsou reaktivnÏjöÌ (v po¯adÌ 6 ~ 6í > 1í) p¯i alkylacÌch a acylacÌch neû zb˝vajÌcÌch pÏt sekund·rnÌch hydroxylov˝ch skupin. S Ëinidlem, kterÈ je schopno reagovat se vöemi hydroxylov˝mi skupinami, by mohla sacharosa teoreticky poskytnout smÏs aû 255 deriv·t˘ se stupnÏm substituce 1ñ8. Sacharosa se svÏtovou roËnÌ produkcÌ vyööÌ neû 115 milion˘ tun je nejdostupnÏjöÌ organickou slouËeninou se 100% Ëistotou, s nÌzkou molekulovou hmotnostÌ a nÌzkou cenou, p¯esto se jÌ pro jinÈ ˙Ëely neû ryze potravin·¯skÈ pouûÌv· jen zhruba 5 % produkce. JejÌ fyzik·lnÏ-chemickÈ vlastnosti jsou totiû pro dalöÌ modifikace jak v˝hodnÈ (je krystalick·, nenÌ hygroskopick·, je chir·lnÌ a enantiomernÏ Ëist·, je z obnoviteln˝ch zdroj˘ a biodegradabilnÌ), tak nev˝hodnÈ (vysok· polarita, je polyfunkËnÌ a ze vöech disacharid˘ nejlabilnÏjöÌ v kyselÈm prost¯edÌ). Pr·vÏ z¯ejmÈ v˝hody sacharosy podnÌtily obrovsk˝ z·jem chemik˘ o jejÌ vyuûitÌ jako pr˘myslovÈ suroviny. ZatÌmco v obdobÌ do roku 1965 bylo publikov·no jen 15 plnÏ identifikovan˝ch deriv·t˘ sacharosy, v souËasnÈ dobÏ je pops·no vÌce neû 300 tÏchto slouËenin6, coû je p¯iËÌt·no z·jmu vyvolanÈm ropnou krizÌ v letech sedmdes·t˝ch. RovnÏû velk˝ poËet p¯ehledn˝ch Ël·nk˘ a monografiÌ v˝stiûnÏ charakterizuje z·kladnÌ orientaci v˝zkumu sacharosy za poslednÌch 10 let (cit.6ñ22). NÌzk· cena vstupnÌ suroviny je nutnou ale nikoliv postaËujÌcÌ podmÌnkou pro technologickÈ uplatnÏnÌ. Jestliûe se uvaûuje o tom, jakÈ pr˘myslovÈ vyuûitÌ sacharosy jako unik·tnÌ chemik·lie m˘ûe mÌt re·lnou nadÏji na komerËnÌ ˙spÏch, je nutno zvaûovat i dalöÌ kriteria souvisejÌcÌ s vlastnostmi produkt˘ a meziprodukt˘ ze sacharosy a s dostupnostÌ technologiÌ. Lze je formulovat nap¯Ìklad do n·sledujÌcÌch obecn˝ch z·sad: i) produkty musejÌ mÌt lepöÌ aplikaËnÌ nebo ekologickÈ

JITKA MORAVCOV¡ ⁄stav chemie p¯ÌrodnÌch l·tek, Vysok· ökola chemicko-technologick·, Technick· 5, 166 28 Praha 6 e-mail: [email protected] Doölo dne 25.V.2000 KlÌËov· slova: sacharosa, surovina, vyuûitÌ

Obsah 1. ⁄vod 2. Degradace na l·tky s niûöÌm poËtem uhlÌk˘ 2.1. Hydrol˝za, solvol˝za 2.2. Oxidace 2.3. ⁄pln· destrukce 3. Modifikace vöech osmi hydroxylov˝ch skupin 4. Zabudov·nÌ sacharosy do makromolekul 5. NeselektivnÌ parci·lnÌ modifikace 6. SelektivnÌ parci·lnÌ modifikace 7. Biotransformace na oligosacharidy 8. Z·vÏr

1.

⁄vod

Kdyû 17. listopadu 1747 p¯edn·öel nÏmeck˝ chemik Andreas Sigismund Marggraf (1709ñ1782) p¯ed Ëleny berlÌnskÈ Kr·lovskÈ akademie vÏd a kr·sn˝ch umÏnÌ o v˝sledcÌch sv˝ch pokus˘ nalÈzt Ñprav˝ì cukr v rostlin·ch rostoucÌch v evropsk˝ch zemÌch, jistÏ netuöil, jak d˘leûitou kapitolu v historii sacharosy otevÌr·1. S·m sice odhadoval, ûe jednoduch· v˝roba sirupu z ¯epy by mohla b˝t pro sedl·ky v budoucnosti ekonomicky v˝hodn·, ale v tÈto dobÏ nemohla konkurovat dovozu t¯tinovÈho cukru. Z·sadnÌ obrat nastal dÌky n·mo¯nÌ blok·dÏ bÏhem napoleonsk˝ch v·lek, kdy Francie str·dala velk˝m nedostatkem cukru. Jakmile Napoleon uslyöel o otev¯enÌ prvnÌho cukrovaru (nÏkdy kolem 1806ñ1807), p¯ispÏchal s cel˝m dvorem a dekoroval majitele cukrovaru ¯·dem »estnÈ legie, kter˝ strhnul z vlastnÌ hrudi2. Po bitvÏ u Waterloo zaËaly prakticky vöechny evropskÈ zemÏ zpracov·vat ¯epu cukrovou k velkÈ ökodÏ anglick˝ch koloniÌ a ve druhÈ polovinÏ 19. stoletÌ uû mnoûstvÌ cukru vyrobenÈho z ¯epy zaËalo konkurovat cukru t¯tinovÈmu; v kampani 1994/95 bylo 30 % veökerÈho cukru vyrobeno z cukrovky. Sacharosa je v˘dËÌ komoditou po stoletÌ, a proto nep¯ekvapuje, ûe snaha o zjiötÏnÌ jejÌ konstituce sah· aû do pravÏku organickÈ chemie. PrvnÌ spalovacÌ anal˝zu provedl3 Prout v roce 1827 a na jejÌm z·kladÏ odvodili nez·visle Liebig, Peligot, Berzelius a Dubrunfaut spr·vn˝ sum·rnÌ vzorec C12H22O11. Tollens v roce 1883 navrhl pro sacharosu strukturu glukoseptanosylfruktofuranosidu a o 10 let pozdÏji odvodil Fischer, ûe

CHOH

CHOH

HO.CH2CH

CHOH O

CHOH

CHOH

CH O CHCH2OH

O CH2OH

W. N. Haworth, 1929

Obr. 1. StrukturnÌ vzorec sacharosy HO 4 HO

6 5

O

OH 2 3

OH

1´ OH 1

2´ O

O 5´ 3´ HO OH

OH

4´ 6´

Obr. 2. β-D-Fruktofuranosyl-α-D-glukopyranosid

23

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) silnÏ kysel˝m iontomÏniËem24,25 nebo enzymaticky. Pr·vÏ poslednÌ jmenovan˝ postup vyuûÌvajÌcÌ invertasu26 (β-fruktofuranosidasa) z r˘zn˝ch zdroj˘ (droûdÌ19,27, Sacharomyces28ñ30, syrov·tka31, grepy32) byl povaûov·n za velice perspektivnÌ, ale st·le jeötÏ je ekonomicky mÈnÏ v˝hodn˝ neû hydrol˝za chemick·. PodmÌnkou rentability19 je totiû konverze vyööÌ neû 70 % p¯i koncentraci sacharosy cca 1 kg.lñ1. Bohuûel aktivita invertasy kles· s rostoucÌ koncentracÌ sacharosy jiû od 0,4 mol.lñ1 jako d˘sledek siln˝ch intra- a intermolekul·rnÌch vodÌkov˝ch vazeb, kterÈ zp˘sobujÌ asociaci molekul substr·tu do struktur pro ˙Ëinek enzymu nev˝hodn˝ch. InvertnÌ cukr lze dokonce zÌskat i hydrol˝zou sacharosy bez p¯id·nÌ kyselÈho katalyz·toru, kdy jako internÌ katalyz·tor p˘sobÌ kyseliny vzniklÈ oxidacÌ sacharosy p¯Ìmo v reakËnÌ smÏsi33. Chemick· hydrol˝za je doprov·zena tvorbou vedlejöÌch produkt˘, dianhydrid˘ difruktosy34. Perspektiva v˝roby invertnÌho cukru je do znaËnÈ mÌry takÈ ovlivnÏna ekonomikou jeho dalöÌho vyuûitÌ. V souËasnÈ dobÏ je hlavnÌ surovinou pro v˝robu mannitolu. Katalytickou redukcÌ se zÌsk· smÏs 2:1 D-glucitolu (sorbitol) a mannitolu, ze kterÈ mannitol krystaluje a pouûÌv· se pro v˝robu sladidel35; v NÏmecku je touto cestou zpracov·v·no36 roËnÏ asi 150 000 tun. D·le slouûÌ k zÌsk·nÌ L-sorbosy pro v˝robu vitaminu C mikrobi·lnÌ oxidacÌ37 pomocÌ Zymomonas

vlastnosti, a nebo musejÌ b˝t levnÏjöÌ neû ty p˘vodnÌ, ii) meziprodukty by mÏly b˝t zpracovatelnÈ bÏûnou pr˘myslovou chemiÌ (nap¯. polymerizacÌ), iii) technologie by mÏly zahrnovat minimum reakËnÌch krok˘ s vyuûitÌm levn˝ch Ëinidel za environment·lnÏ bezpeËn˝ch podmÌnek, iv) reakce by mÏly probÌhat buÔ ve vodnÈm roztoku nebo bez rozpouötÏdla, v) v û·dnÈm stupni nelze pouûÌt kyselÈ prost¯edÌ nebo kyselÈ katalyz·tory, vi) izolace a separace produkt˘ musÌ b˝t co nejjednoduööÌ a snadno p¯evoditeln· z laboratornÌho do provoznÌho mϯÌtka. Tento Ël·nek si klade za cÌl podat souhrnnou nikoliv vöak vyËerp·vajÌcÌ informaci o moûnostech pr˘myslovÈho vyuûitÌ sacharosy a o souËasnÈm smÏru z·kladnÌho v˝zkumu v tÈto oblasti.

2.

Degradace na l·tky s niûöÌm poËtem uhlÌk˘

2.1. Hydrol˝za, solvol˝za Zpracov·nÌ sacharosy na invertnÌ cukr (ekvimol·rnÌ smÏs a D-fruktosy) pat¯Ì mezi historickÈ technologie. Hydrol˝za m˘ûe b˝t katalyzovan· miner·lnÌmi kyselinami23,

D-glukosy

farmaceutický prùmysl ochrana rostlin OH

O

R1 R HO

NC

*

CO

O

N

HOCH2

CN

HOOC

COOH

O

furan-2,5-dikarboxylová kyselina

HMF H N (CH2)6 CO

CHNO2 S

O

N * H n

vlákna

CHO

O

optoelektronika (CH3)2N

H N

R

O NC CN

CO

N H

*

N H

farmaceutický prùmysl

*

SchÈma 1

CO

CO

O

CO

O

O (CH2)2 O n*

vlákna

Schema 1 HO

HO O OH HO

O OH

OH O HO

+

OH

OH +

-H pyrolýza

- OH HO

O

O-

solvolýza - D-glukosa

HO

OH

+ O HO OH

HO

SchÈma 2

+O OH H OH

HO

OH

HO

OR O HO OH OH

OH O HO

O

H

HO 1

1

ROH - H+

Schema 2

24

O HO

OH

OH

OH +

OH

N * H n

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) HMF vznik· takÈ z D-glukosy za drastiËtÏjöÌch podmÌnek za zv˝öenÈho tlaku50, vedlejöÌmi produkty jsou D-fruktosa a D-mannosa. HMF je slouËenina s velmi öirok˝m uplatnÏnÌm, kter· by mohla ve v˝robÏ velkoton·ûnÌch chemik·liÌ nahradit9 suroviny zaloûenÈ na petrochemii (schÈma 1); typick˝m p¯Ìkladem je n·hrada kyseliny tereftalovÈ za furan-2,5-dikarboxylovou kyselinu p¯i v˝robÏ polyamid˘. Solvol˝za sacharosy (schÈma 2) probÌh· p¯es reaktivnÌ intermedi·t, D-fruktofuranosylkarboniov˝ kation 1, kter˝ vznik· i pyrol˝zou sacharosy51 a kter˝ m˘ûe d·le reagovat za vzniku oligosacharid˘, polysacharid˘ nebo reakcÌ s nejr˘znÏjöÌmi alkoholy poskytovat glykosidy pouûitelnÈ jako detergenty52. V˝bÏr vhodn˝ch alkohol˘ je prakticky neomezen˝ a je moûnÈ, ûe alkylglykosidy p¯ipravenÈ z vyööÌch alkohol˘ by se mohly uplatnit jako nov· skupina detergent˘ vedle uû vyr·bÏn˝ch alkylpolyglykosid˘53. Ke stejnÈmu ˙Ëelu by mohla slouûit solvol˝za fluorovodÌkem, kter˝ podporuje tvorbu tohoto oxokarboniovÈho kationtu 1 a narozdÌl od jin˝ch miner·lnÌch kyselin v nÏm nedoch·zÌ k neû·doucÌ dehydrataci sacharid˘ aû na deriv·ty furanu. TÌmto zp˘sobem lze zatÌm ekonomicky vyr·bÏt alkylglukosidy z D-glukosy, celulosy nebo ökrobu54. Reakce sacharosy s fluorovodÌkem za mÌrn˝ch podmÌnek poskytuje55 snadno dianhydridy 2 a 3 (schÈma 3), kterÈ nabÌzejÌ dalöÌ moûnosti transformacÌm sacharosy na nÌzkokalorickÈ p¯Ìdavky do potravin nebo na v˝robu polymer˘.

mobilis a Gluconobacter suboxydans. KoneËnÏ lze invertnÌ cukr fermentovat na smÏs D-glucitolu a D-glukonanu sodnÈho38. Pokud je invertnÌ cukr surovinou pro v˝robu ËistÈ D-fruktosy a D-glukosy39, je nezbytnÈ za¯adit pro separaci obou monosacharid˘ z mateËn˝ch louh˘ po odkrystalov·nÌ Ë·sti 40ñ42 D-glukosy chromatografii na iontomÏniËÌch Tento krok cel˝ proces ponÏkud znev˝hodÚuje oproti v˝robÏ D-glukosy a D-fruktosy z jejich alternativnÌch surovin jak˝mi je ökrob a celulosa nebo fruktany. Aby se zv˝öila ˙Ëinnost separace smÏsi D-glukosy a D-fruktosy, je moûnÈ p¯evÈst v prvÈ ¯adÏ D-glukosu na jinou vyuûitelnou a souËasnÏ lÈpe separovatelnou slouËeninu. V˝hodnÈ je katalyticky na paladiu oxidovat 43 D-glukosu na D-glukonovou kyselinu vzduchem , moûnÈ je to 44ñ46 47 nebo elektrochemicky Ëi chemicky. DalöÌ i enzymaticky moûnostÌ je oxidativnÌ dekarboxylace na D-arabinonovou kyselinu, kter· po hydrogenaci poskytne D-arabinitol48. V˝roba D-glukosy a D-fruktosy zaËne b˝t pravdÏpodobnÏ jeötÏ zajÌmavÏjöÌ, nalezne-li alespoÚ jedna z obou hexos nÏjakÈ dalöÌ novÈ a v˝znamnÈ odbytiötÏ; lepöÌ vyhlÌdka je z tohoto pohledu p¯isuzov·na D-fruktose, kter· je perspektivnÌ jako surovina pro v˝robu 5-hydroxymethylfurfuralu (HMF). Tato slouËenina je produktem degradace vöech hexulos v kyselÈm prost¯edÌ a S¸dzucker (SRN) m· patentovanou jeho v˝robu z D-fruktosy49, ve kterÈ se v˝tÏûek krystalickÈho HMF se pohybuje mÌrnÏ nad 40 % po chromatografickÈ separaci na iontomÏniËÌch. OH

sacharosa

O

HO

OH

HF, 20 oC, 1 h OH

O

HO OH

O

+

HO O

HO

OH

O

O

OH

HO O

HO

HO O

O OH

Schema 3

SchÈma 3

HO

HO

OH OH

O

O HO

HO

OH

22

HO

O

O

O HO

HO

3

HO

HO

HO

O O

HO OH

O HO

OH

OH Pb(OAc)4

O OH O

HO OH

O HO

O

O O

HO OH

OCOR

O HO

CH CH O O OCOR O

OH

HO OH

OH N R

4

1

4

1

R = CH3, Ac, CH2Ph OH

HO

OH O

O

O CH CH OH O O

HO

OH

IO-4/H + HO

O

HO

OH

3

OH

OH

HO

SchÈma 4

O

O

HO

O OH R Schema 4

25

1

N

O 55

O HO OCOR

OH

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) 2.2. Oxidace

bakteriÌ Zymomonas mobilis, Escherichia coli nebo Klebsiella oxytoca70. Pr˘myslovÈmu vyuûitÌ zatÌm br·nÌ nÌzk· konverze (<70 %) dÌky tvorbÏ vedlejöÌch produkt˘ a energeticky n·roËn· izolace ethanolu ze z¯edÏnÈho roztoku s koncentracÌ max 70 g.lñ1. Pouh· zmÏna experiment·lnÌch podmÌnek se zd· b˝t nedostateËn·, a proto se velkÈ nadÏje vkl·dajÌ do genovÈho inûen˝rstvÌ70. D·le se studuje71 nap¯. degradace sacharosy na kyselinu öùavelovou pomocÌ Aspergillus niger. V˝tÏûky jsou bohuûel dost nÌzkÈ (0,3 kg.lñ1 kg sacharosy), protoûe extracelul·rnÌ enzymy hydrol˝zujÌ sacharosu a D-glukosa je pak oxidov·na na D-glukonovou kyselinu. VÌce neû 60 let je intenzivnÏ studov·na v˝roba methanolu, glycerolu a glykol˘ hydrokrakov·nÌm sacharid˘ nejnovÏji s pouûitÌm katalyz·tor˘ na b·zi tranzitnÌch kov˘72. Origin·lnÌ myölenka na vyuûitÌ sacharosy na v˝robu syntÈznÌho plynu (CO + H2), jehoû dalöÌ konverze na öirokou paletu chemik·liÌ a paliv je dostateËnÏ prozkouöen·, je prozatÌm v poË·teËnÌm stadiu. PodobnÏ enzymov· konverze sacharosy na vodÌk uû nenÌ nere·ln· alespoÚ v laboratornÌm mϯÌtku, dosaûen· produkce byla 1,34 mol H2 na 1 mol sacharosy73. NicmÈnÏ n·hrada fosilnÌch paliv obnoviteln˝mi zdroji energie pat¯Ì mezi technologie budoucnosti.

OxidaËnÌ Ëinidla klasicky pouûÌvan· v chemii sacharid˘ ñ octan oloviËit˝ a kyselina jodist· ñ selektivnÏ ötÏpÌ56 fruktofuranosov˝ a glukopyranosov˝ kruh v molekule sacharosy (schÈma 4). VzniklÈ dialdehydy lze podrobit reduktivnÌ aminaci za vzniku deriv·t˘ morfolinu 4 a 5, z nichû nÏkterÈ jsou sladkÈ a mohly by nalÈzt uplatnÏnÌ i v syntÈze biologicky aktivnÌch l·tek. Pokud se k oxidaci pouûije sacharosa chr·nÏn· v poloh·ch 6 a 6í, pak obÏ Ëinidla oxidujÌ oba dva cukernÈ kruhy na p¯Ìsluön˝ tetraaldehyd, kter˝ redukcÌ a hydrol˝zou poskytne enantiomernÏ ËistÈ 3-substituovanÈ deriv·ty D-glycerolu57. SelektivnÌ oxidace prim·rnÌch hydroxylov˝ch skupin sacharosy na skupiny karboxylovÈ kyslÌkem na platinÏ nebo paladiu probÌh· zejmÈna na uhlÌku C-6 a C-6í za vzniku smÏsi 6,6í-dikarboxylovÈ a 6- i 6í-monokarboxylov˝ch kyselin. Za drastiËtÏjöÌch podmÌnek58 se oxiduje i t¯etÌ prim·rnÌ hydroxylov· skupina v poloze 1í a vznikl· 6, 1í,6í-trikarboxylov· kyselina je pouûÌv·na do pracÌch pr·ök˘ proti usazov·nÌ vodnÌho kamene. 2.3. ⁄pln· destrukce Hydrogenol˝za sacharosy za vysok˝ch tlak˘ a teplot vede ke smÏsi ethylenglykolu, glycerolu a propan-1,2-diolu, kter· byla za II. svÏtovÈ v·lky prod·v·na jako nemrznoucÌ smÏs pro bojovou techniku. Racemick· kyselina mlÈËn· vznik· energickou oxidacÌ sacharosy ve vysokÈm v˝tÏûku a i ona p¯edstavuje perspektivnÌ surovinu z obnoviteln˝ch zdroj˘ pro dalöÌ pr˘myslovÈ vyuûitÌ. AlternativnÌ postup v˝roby L-mlÈËnÈ kyseliny vyuûÌv· fermentaci sacharosy ale i D-glukosy nebo melasy pomocÌ plÌsnÌ Rhizopus arrhizus nebo R. oryzae59ñ61. Pyrol˝za O-acetylderiv·tu methylesteru kyseliny mlÈËnÈ poskytuje totiû methylakryl·t62, d˘leûit˝ monomer pro v˝robu umÏl˝ch hmot. D·le kyselina mlÈËn· celkem ochotnÏ podlÈh·63ñ65 polykondenzaci na polymer, kter˝ je biodegradabilnÌ a vhodn˝ zejmÈna pro v˝robu obal˘66 a pro v˝robu lÈk˘ s postupn˝m, dlouhodob˝m ˙Ëinkem67,68. Polymer L-mlÈËnÈ kyseliny sloûen˝ ze 3ñ19 jednotek m· kancerostatick˝ ˙Ëinek p¯i rakovinÏ tlustÈho st¯eva a prs˘69. Jednou z nejvÌce sledovan˝ch p¯emÏn sacharosy je jejÌ fermentace na ethanol pomocÌ

S

(OH)8

+

(OH)6

C

CO

O

O

S

S

CH2 C CH3

Zabudov·nÌ sacharosy do makromolekul

Jiû samotn· p¯Ìprava monomeru je komplikov·na nejednotnostÌ produktu, proto se vÏtöinou vede tak, aby vznikla smÏs asi 50 % monomeru vedle nezreagovanÈ sacharosy, a po (OH)

8-x

O C C CH2 x O CH3 y HOOC-CH2-SH

C

CO

O CO

SchÈma 5

4.

S

CH3 CH2

Modifikace vöech osmi hydroxylov˝ch skupin

V tÈto skupinÏ deriv·t˘ jednoznaËnÏ prvnÌ mÌsto n·leûÌ ester˘m sacharosy. Oktaacet·t sacharosy je ho¯k˝ a p¯id·v· se do n·poj˘62, hlinit· s˘l oktasulf·tu sacharosy je popul·rnÌ lÈk proti ûaludeËnÌm v¯ed˘m (Sucralfatum, Anthepsin, Ulcermin, Ulsanic)74. SmÏsn˝ ester diacet·t-hexaisobutyr·t sacharosy (SAIB) je v nÏkter˝ch zemÌch p¯id·v·n do n·poj˘ jako plnidlo75. Oktamethylsacharosa a karboxymethylsacharosa slouûÌ k v˝robÏ filtraËnÌch mediÌ62.

O x H 2C C C OMe CH3

CH3 CH2

3.

CH2

x = 1, 2

(OH)

8-y-x

P

n

O CO CH2 SH y NO2

(OH)7

y = 3, 4

y CH3 CH2 C

CH2

P

n

O CO

CO O

(OH) 8-y-x

COCl

S

(OH)7 Schema 5

26

NO2 y

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) radik·lovÈ polymerizaci se sacharosa odstranÌ extrakcÌ10. Tak se p¯ipravujÌ hydrofilnÌ zesÌùovanÈ gely na b·zi akryl·tu nebo methakryl·tu sacharosy, kterÈ se po vhodnÈ derivatizaci pouûÌvajÌ k chelataci kov˘ (schÈma 5). ZavedenÌ p-nitrobenzoylovÈ skupiny dovoluje uöÌt chelataËnÌ Ëinidlo na mÌru n·slednou transformacÌ nitro skupiny p¯es amino na diazoniovou skupinu, kter· snadno podlÈh· nukleofilnÌm substitucÌm. Z methakryl·t˘ sacharosy byly rovnÏû p¯ipraveny ˙ËinnÈ katalyz·tory f·zovÈho p¯enosu a fotol˝zy vody10. Pr˘myslovÏ by se mohly vyr·bÏt polyurethany (schÈma 6), kterÈ jsou vhodnÈ dÌky niûöÌ ho¯lavosti zejmÈna na autosedaËky76. P¯ed polymerizacÌ je sacharosa alkylov·na ethylenoxidem nebo propylenoxidem, protoûe urethany vyrobenÈ ze sacharosy samotnÈ jsou k¯ehkÈ. Rozs·hl· patentov· ochrana v˝öe zmÌnÏn˝ch polymer˘ i dalöÌch dokl·d· souËasnou renesanci vyuûitÌ sacharosy na biodegradabilnÌ polymery; nicmÈnÏ se doposud û·dn˝ z nich pr˘myslovÏ nevyr·bÌ.

5.

(OH) 8-x S H H O C C NH2 1

R R 1

Monoestery sacharosy s kyselinou stearovou, laurovou, behenovou, olejovou, palmitovou nebo myristovou se jiû od roku 1959 pouûÌvajÌ jako neionogennÌ detergenty v potravin·ch a kosmetice. ObsahujÌ obvykle 70 % monoesteru, 30 % diesteru a zbytek je tvo¯en tri- a polyestery. Vyr·bÏjÌ se transesterifikacÌ a to buÔ triacylglycerolu v dimethylsulfoxidu nebo methylester˘ mastn˝ch kyselin bezrozpouötÏdlovou technologiÌ77. Monoestery sacharosy dispergovanÈ ve vodÏ (SemperfreshÆ), produkt firmy Sempernova (VB), vytv·¯ejÌ na povrchu ovoce Ëi zeleniny polopropustnou membr·nu zpomalujÌcÌ zr·nÌ, a proto se uplatÚujÌ i jako obalov˝ materi·l. Aminoalkylethery sacharosy 6 tvo¯Ì z·klad dvou nov˝ch perspektivnÌch skupin neionogennÌch detergent˘: i) amidy zÌska(OH)8 + 8 H2C

O

S

6.

4,1í,6í-Trichlor-4,1í,6í-trideoxy-galakto-sacharosa (sukralosa), intenzivnÌ sladidlo vyvinutÈ firmami Tate&Lyle a John-

CH CH3 O OH

S

O CH2 CH CH3 8 OH CH3

O CH2 C CH3 H 6

NCO

NCO

CH3

CH3 H3C

Schema 6

N CO O CH CH2 O H S O H H3C C CH2 O 6 OH

x = 2-6

(OH) 8-x (OH)8 + H2C CH

S

CN

S O CH2

(OH) 8-x

CH2

CN

x

(OH) 8-x

HCHO

S

SchÈma 7

66

SelektivnÌ parci·lnÌ modifikace

O CH2 CH O CO NH

SchÈma 6

x

nÈ reakcÌ aminu 6 s chloridy mastn˝ch kyselin a ii) deriv·ty moËoviny zÌsk·vanÈ reakcÌ l·tky 6 s alifatick˝mi isokyan·ty. Ve srovn·nÌ s bÏûn˝mi estery sacharosy majÌ vyööÌ hydrolytickou stabilitu. PolyfunkËnÌ deriv·ty sacharosy s amidick˝mi skupinami se tÏöÌ pozornosti jako kondenzaËnÌ komponenty pro p¯Ìpravu formaldehydov˝ch prysky¯ic78 (schÈma 7). Tvorba ester˘ biologicky aktivnÌch l·tek se sacharosou nebo D-glukosou zv˝öÌ jejich rozpustnost ve vodÏ aû 400◊, Ëehoû se vyuûÌv· v hum·nnÌ i veterin·rnÌ medicÌnÏ a v ochranÏ rostlin. V p¯ÌpadÏ sacharosy nem· stupeÚ esterifikace p¯es·hnout 2, pak rozpustnost rapidnÏ kles·10. SmÏs ester˘ sacharosy s kyselinou olejovou se stupnÏm esterifikace 6 aû 8 byla vyvinuta firmou Procter&Gamble jako nekalorick· n·hrada tuk˘ pod n·zvem Olestra a po 9 letech v˝zkumu byla v roce 1997 povolena pro pouûitÌ v potravin·ch. Vyr·bÌ se bezrozpouötÏdlovou transesterifikacÌ a ve druhÈm stupni jsou mono- aû pentaestery odstranÏny enzymovou hydrol˝zou lipasami. Olestra m· tu v˝hodu, ûe nenÌ organismem metabolizov·na, na druhou stranu je nutno dod·vat vitaminy rozpustnÈ v tucÌch, kterÈ mohou b˝t z tÏla vyplavov·ny.

NeselektivnÌ parci·lnÌ modifikace

S

2

R , R = alkyl

2

S

O CH2 CH2 CO N CH2OH x H

O CH2 CH2 CO NH2 x Schema 7

27

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) TrO OH

sacharosa

OH

OAc

OTr

OH

OTr

O

OAc

OAc

OAc

Cl

O

O HO

OH O

Cl

AcO Cl

AcO

Cl

O

Cl

OAc

O OAc

OH O AcO

O

O AcO

OAc

OH OH sukralosa

SchÈma 8

OTr O AcO

O

O

HO HO Cl

TrO

OTr O HO

O

OH

OAc

OH

O OAc

OAc

Schema 8

son&Johnson, je asi 650◊ sladöÌ neû sacharosa a m˘ûe slouûit jako d˘kaz, ûe v pr˘myslovÈm mϯÌtku je moûno realizovat i sloûitou technologii na polyfunkËnÌ surovinÏ, pokud lze oËek·vat v˝razn˝ finanËnÌ ˙spÏch. Impuls k zavedenÌ sukralosy do v˝roby dal obchodnÌ ˙spÏch aspartamu, jehoû produkce skoËila z 11 milion˘ dolar˘ v roce 1981 na 700 milion˘ v roce 1985. Podle p˘vodnÌho postupu79,80 (schÈma 8) byla sacharosa nejprve tritylov·na na prim·rnÌch hydroxylov˝ch skupin·ch a potÈ acetylov·na. P¯i odstraÚov·nÌ chr·nÌcÌch tritylov˝ch skupin souËasnÏ migruje acetyl z polohy 4 do polohy 6 a vznikl˝ 2,3,6,3í,4í-pentaacet·t je substituov·n chlorem v poloh·ch 4, 1í a 6í. Cel˝ postup by bylo moûno zkr·tit selektivnÌm chr·nÏnÌm prim·rnÌ hydroxylovÈ skupiny v poloze 6. ÿeöenÌm je souËasn˝ v˝robnÌ postup81,82 vyuûÌvajÌcÌ t¯ÌstupÚovou cestu p¯es diacetal sacharosy 7, kter˝ kontrolovanou acetol˝zou poskytne 6-O-acet·t 8 a ten je jiû p¯Ìmo chlorov·n Vilsmeierov˝m Ëinidlem (schÈma 9). Za tÌmto ˙Ëelem byla rovnÏû studov·na p¯Ìprava 6-O-acetylsacharosy tak, ûe D-glukosa byla nejprve fermentov·na s Bacillus megaterium na 6-O-acetyl-D-glukosu a ta byla glykosylov·na D-fruktosou pomocÌ novÈho kmene B. subtilis83. Maxim·lnÌ dosaûen· koncentrace 6-O-acetylsacharosy byla 120 g.lñ1, coû odpovÌd· v˝tÏûku 58 %. Pokud sacharosa m· b˝t skuteËnou pr˘myslovou surovinou, je t¯eba nalÈzt jednoduchÈ a do velkÈho mϯÌtka snadno p¯evoditelnÈ selektivnÌ reakËnÌ cesty od sacharosy k meziprodukt˘m, kterÈ mohou b˝t d·le zpracov·v·ny arsen·lem organickÈ chemie. PravdÏpodobnÏ nejvÏtöÌ perspektivu nabÌzÌ zavedenÌ aktivovanÈ dvojnÈ vazby nap¯. oxidacÌ nÏkterÈ sekund·rnÌ hydroxylovÈ skupiny. Tak p¯Ìstup k deriv·t˘m sacharosy modifikovan˝m v poloze 2 otevÌr· 2-O-benzylsacharosa 9, kterou lze zÌskat p¯Ìmou benzylacÌ v silnÏ alkalickÈm prost¯edÌ84 (schÈma 10). Reakce se ukonËÌ p¯i 50% konverzi, protoûe pak je izolace benzyletheru 9 od nezreagovanÈ sacharosy jednoduch·. D·le je v˝hodnÈ85 ether 9 acetylovat a podrobit HO sacharosa

NaH

OH HO

OBz

O

O

BzO 13

O BzO

NaHCO3 OBz

OH

Cl

OH

OH 90 %

77

OH O HO

O OH OH

OH

sukralosa

OH

O OH

OH

8

8

Schema 9

SchÈma 9

hydrogenol˝ze na krystalick˝ hepta-O-acetylderiv·t 10, jehoû celkov˝ v˝tÏûek je 21 %, poËÌt·-li se na skuteËnÏ zreagovanou sacharosu, tak 40 %. PodobnÏ lze p¯ipravit i hepta-O-benzoylderiv·t 11, kter˝ se snadno oxiduje na odpovÌdajÌcÌ 2-ketosacharosu 12. V mÌrnÏ alkalickÈm prost¯edÌ se kvantitativnÏ eliminuje kyselina benzoov· a vznikne fruktosylovan˝ dihydropyranon 13 v celkovÈm v˝tÏûku 14 % na sacharosu. Krystalick· hepta-O-pivaloylsacharosa 14 zase p¯edstavuje85 vstup k deriv·t˘m sacharosy v poloze 4 (schÈma 11). Lehce m˘ûe b˝t oxidov·na86 na 4-ketosacharosu 15, kter· v silnÏ alkalickÈm prost¯edÌ eliminuje85 kyselinu pivalovou na dihydropyranon 16, kter˝ se zÌsk· s celkov˝m v˝tÏûkem na sacharosu kolem 40 %. NÌzk˝ poËet reakËnÌch krok˘, p¯ÌznivÈ celkovÈ v˝tÏûky a relativnÏ jednoduchÈ ËistÌcÌ operace ËinÌ z dihydropyranon˘ 13 a 16 perspektivnÌ chir·lnÌ stavebnÌ bloky pro pr˘myslovÈ aplikace. Aû do roku 1974 nebyl zn·m û·dn˝ cyklick˝ acetal sacharosy, p¯estoûe tento zp˘sob chr·nÏnÌ hydroxylov˝ch skupin cukr˘ je moûno oznaËit za klasick˝. Moûnost modifikovat RO

2. H2/Pd OH

OBz O BzO

O OBz

OBz

O Schema 10

28

OR OR

OBz

12

12

OR

O OH

OR

10 R 10, = AcR = Ac 11 R =11,BzR = Bz

pyridinium dichromát

O

OBz

OR O RO

O

1. RCl

OH

OBz

13

O HO

OH

O

SOCl2

O

BzO

BzO

SchÈma 10

OBn

OH

AcO

Cl

O OH

O

99

O

HO Cl

OH O HO

O O

OH O HO

O

BnBr

O HC 1,1-dimethoxyethen 3 sacharosa CH 3O kvantitativnì

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) PivO sacharosa

(CH3)3CCOCl 52 %

HO

PivO

OPiv O PivO

O OPiv

82 %

OPiv

O

O

OPiv

O

pyridinium dichromát

OPiv OPiv 1414

OPiv O PivO

O OPiv OPiv 15 15

OPiv

OPiv

O PivO

O PivO

16

Schema 11

OPiv

OPiv

16

SchÈma 11 O sacharosa

H3C 2-methoxypropen 70 %

H3C

SchÈma 12

HO

O

O

O HO

OH O

O H3C

O HO

OH

OH CH3

OH

O

HO 18

17 12 Schema

O H3C

OH CH3

18 HO

HO

sacharosu v poloze 2 a/nebo 1í, resp. v poloh·ch 3,4,6,3í,4í a 6í, nabÌzÌ diisopropylderiv·t 17, kter˝ lze kontrolovanou hydrol˝zou p¯evÈst na 2,1í-diisopropylderiv·t 18 ve vysokÈm v˝tÏûku87 (schÈma 12). K parci·lnÌm modifikacÌm sacharosy si rychle nalezly cestu i biokatalyz·tory, kterÈ majÌ ¯adu nep¯ehlÈdnuteln˝ch v˝hod: biotransformace probÌhajÌ obvykle za mÌrn˝ch podmÌnek (vodnÈ prost¯edÌ, neutr·lnÌ pH, norm·lnÌ teplota), jsou regio- a stereoselektivnÌ a izolace produkt˘ je snadnÏjöÌ. VelkÈ ˙silÌ bylo a st·le je up¯eno na vyuûitÌ enzym˘ jako jsou esterasy nebo lipasy pro p¯Ìpravu parci·lnÌch deriv·t˘ sacharosy, ale v tomto p¯ÌpadÏ je selektivita enzymov˝ch reakcÌ Ëasto paralelnÌ k selektivitÏ reakcÌ chemick˝ch, jak ilustruje88 p¯Ìprava 6-O- a 6í-O-acylderiv·t˘ sacharosy ve v˝tÏûcÌch 20ñ27 %. Jednou z nejvÌce studovan˝ch reakcÌ je oxidace sacharosy pomocÌ Agrobacterium tumafaciens, kter· vede89 ke 3-ketosacharose (19) a vhodnÏ tak zapad· do koncepce naznaËenÈ v˝öe. Aby byla takov· reakce ekonomicky v˝hodn· ve velkov˝robÏ, musÌ17 b˝t koncentrace sacharosy v mÈdiu nejmÈnÏ 10ñ12 %. Bohuûel v˝tÏûek oxidace silnÏ z·visÌ na koncentraci sacharosy89 (60 % pro 5 g.lñ1 a 40 % pro 20 g.lñ1), proto nelze zatÌm re·lnÏ uvaûovat o pr˘myslovÈ vyuûitÌ. NicmÈnÏ nÏkterÈ dalöÌ reakce 3-ketosacharosy jsou zajÌmavÈ; rozkladem v alkalickÈm prost¯edÌ vznik· eliminacÌ endiol 20, kter˝ se izoluje jako acet·t nebo benzo·t v celkovÈm v˝tÏûku aû 30 % na sacharosu (schÈma 13) a p¯edstavuje dalöÌ typ chir·lnÌho synthonu odvozenÈho od dihydropyranonu.

O

O

OH

O 17

7.

88 %

O

O

PivO

OH O

HO O

O OH

19 19

O HO

O OH HO O

OH Schema 13

OH

20 20

SchÈma 13

tosy pomocÌ dextransacharasy produkovanÈ bakteriÌ Leuconostoc mesenteroides90. V˝tÏûek je na hranici 90 % a poslednÌm krokem je separace leukrosy od fruktosy na ionomÏniËÌch. Produkce leukrosy v roce 1989 byla 10 t (Pfeifer&Langen, SRN). Protoûe m· leukrosa jen asi 50 % sladivosti sacharosy a je draûöÌ, nenÌ jako sladidlo p¯Ìliö perspektivnÌ, i kdyû nenÌ kariogennÌ. Ovöem potenci·l jejÌho dalöÌho chemickÈho zpracov·nÌ nenÌ zdaleka vyËerp·n. Glykosidick· vazba α(1→5) je hydrolyticky stabilnÏjöÌ a leukrosa m· jen dvÏ prim·rnÌ hydroxylovÈ skupiny, coû ji proti sacharose zv˝hodÚuje. Velk˝m ˙spÏchem biotechnologiÌ je v˝roba isomaltulosy (palatinosa, 6-O-(α-D-glukopyranosyl)-β-D-fruktofuranosa), kter· dos·hla 20 000 t v roce 1991 (S¸dzucker). Na izomerizaci se pouûÌvajÌ91,92 imobilizovanÈ buÚky bakteriÌ Protaminobacter rubrum, isomaltulosa se izoluje ve v˝tÏûku asi 80 % krystalizacÌ a vedlejöÌm produktem ve v˝tÏûku ca 10 % je trehalulosa (1-O-(α-D-glukopyranosyl)-β-D-fruktopyranosa). Isomaltulosa m· asi 42 % sladivosti sacharosy, ale sama se jako sladidlo nepouûÌv·, n˝brû se katalyticky hydrogenuje na smÏs 6-O-α-D-glukopyranosyl-D-glucitolu a 1-O-α-D-glukopyranosylmannitolu, kter· je nÌzkokalorick˝m sladidlem s obchodnÌm n·zvem Isomalt (palatinitol). NenÌ kariogennÌ a je vhodn˝ pro diabetiky. I isomaltulosa m· p¯ed sebou velkou perspektivu jako pr˘myslov· surovina. V jednom kroku ji lze p¯evÈst93 na α-glukosyloxymethylfurfural ve v˝tÏûku kolem 70 %, kter˝ by mohl b˝t dalöÌ velkoton·ûnÌ chemik·liÌ, neboù na nÏm lze prov·dÏt ¯adu reakcÌ bez chr·nÏnÌ cukernÈ Ë·sti.

Biotransformace na oligosacharidy

NejvÏtöÌ pole p˘sobnosti zatÌm naöly biotechnologie ve v˝robÏ oligosacharid˘, kdy sacharosa m˘ûe b˝t jak donorem D-glukosy nebo D-fruktosy, tak jejich akceptorem. Leukrosa (5-O-(α-D-glukopyranosyl)-β-D-fruktopyranosa) se vyr·bÌ fermentacÌ 65 % roztoku obsahujÌcÌho 1/3 sacharosy a 2/3 fruk29

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) HO

HO OH

HO HO

O

HO O O HO

sacharosa glukosa

OH HO

HO OH

OH HO

HO

HO O

sacharosa glukosa

OH HO

HO O O HO OH CH2 O HO OH

OH 1-kestosa

O

sacharosa glukosa HO

HO O O HO

HO

HO O O HO

HO

OH CH2 O HO

HO

OH CH2 O HO

HO

OH CH2 O HO OH

HO

OH CH2 O HO

HO

OH CH2 O HO OH

nystosa

8.

OH fruktosylnystosa

Schema 14

Za zmÌnku stojÌ i snadn· oxidace94 isomaltulosy vzduchem v alkalickÈm prost¯edÌ na glukosyl-α-(1→5)-arabinon·t s v˝tÏûkem 80ñ90 %. Jak leukrosa tak isomaltulosa jsou oxidov·ny17 pomocÌ Agrobacterium tumafaciens v poloze 3 glukosovÈ Ë·sti molekuly a to v daleko vyööÌm v˝tÏûku neû sacharosa, coû je jejich dalöÌ v˝hoda. Pro transglukosylace se sacharosou jako donorem lze pouûÌt r˘znÈ mikroorganismy i r˘znÈ akceptory (maltosa, cellobiosa aj.) a produktem jsou line·rnÌ dextrany, kterÈ mohou b˝t surovinou pro v˝robu iontomÏniˢ nebo komplexaËnÌch Ëinidel. ÿada mikroorganism˘ (B. subtilis, Aerobacter levanicum, Streeptococcus salivarius, Zymomonas mobilis, B. polymyxa) produkuje fruktosyltransferasy, kterÈ p¯en·öejÌ fruktosovou Ë·st sacharosy na sacharosu jako akceptor, p¯iËemû odpad· glukosa jako vedlejöÌ produkt. Pr˘myslovÏ se vyr·bÌ95 smÏs fruktooligosacharid˘ pod obchodnÌm n·zvem Actilight (d¯Ìve Neosugar, Meiji Seiko Comp., Japonsko) a pouûÌv· se jako sladidlo (nerozkl·d· se v ûaludku, ale fermentuje se st¯evnÌmi bakteriemi a podporuje tak r˘st bifidobakteriÌ). VstupnÌ surovinou je 60% roztok sacharosy, kter˝ je fermentov·n s buÚkami Aureobasidium pullulans var. melanigenum nebo Aspergillus niger a vyrobÌ se produkt s obsahem 1-kestosy a nystosy kolem 25 %, D-glukosa tvo¯Ì 27 %, sacharosa 13 % a zbytek jsou vyööÌ oligomery (schÈma 14). Actilight se oddÏlÌ od glukosy a vyööÌch oligomer˘ chromatografiÌ na ionexech.

O

HO

OH

SchÈma 14

OH

Seznam zkratek Ac Bn Bz Ph Piv Tr

acetyl benzyl benzoyl fenyl 2,2-dimethylpropionyl (pivaloyl) trifenylmethyl (trityl)

Tato pr·ce je souË·stÌ ¯eöenÌ v˝zkumnÈho z·mÏru MäMT Ë. 223300005. LITERATURA 1. Bruhns G.: Zuckerindustrie 122, 771 (1997). 2. Aykroyd W. R., v knize: Sugars in Nutrition (Sipple H. L., McNutt K. W., ed.), str. 6. Academic Press, New York 1974. 3. Prout W.: Phil. Trans. 1, 355 (1827). 4. Charlton W., Haworth W. N., Peat S.: J. Chem. Soc. 1926, 89. 5. Haworth W. N., Hirst E. L.: J. Chem. Soc. 1926, 1858. 6. Khan R.: Int. Sugar J. 96, 12 (1994). 7. Khan R., Jones H. F.: Sugar Ser. 9, 367 (1988). 8. James C E., Hough L., Khan R.: Prog. Chem. Org. Nat. Prod. 55, 117 (1989). 9. Schiwech H., Numir M., Rapp K. M., Schneider B., Vogel M.: Zuckerindustrie 115, 555 (1990). 10. Gruber H., Greber G.: Zuckerindustrie 115, 476 (1990). 11. Mantovani G., Vaccari G.: Ind. Sacc. Ital. 83, 139 (1990). 12.. Dobrzycki J.: Gaz. Cukrov. 99, 81 (1991). 13. Lichtenthaler F. W.: Carbohydrates as Organic Raw Materials. VCH, Weinheim 1991. 14. deWit D., Maat L., Kieboom A. P. G.: Ind. Crops Prod. 2, 1 (1993). 15. Descotes E.: Carbohydrates as Organic Raw Materials II. VCH, Weinheim 1993. 16. Khan R.: Sucrose 1995, 264. 17. Buchholz K.: Zuckerindustrie 120, 692 (1995). 18. Mathlouthi M., Reiser P.: Sucrose: Properties and Applications. Blackie & Professional, London 1995. 19. Monsan P.: Zuckerindustrie 120, 705 (1995).

Z·vÏr

P¯es nemalÈ finanËnÌ prost¯edky a ˙silÌ ¯ady vÏdc˘ investovanÈ do vyuûitÌ sacharosy jako suroviny pro velkoton·ûnÌ v˝roby nelze ¯Ìci, ûe by bylo dosaûeno z·sadnÌho obratu situace. NicmÈnÏ se zd·, ûe trend zamϯen˝ na n·hradu fosilnÌch surovin tak, aby byly ze sacharosy zÌsk·ny nap¯. polymery s identick˝mi uûitn˝mi vlastnostmi, pomalu ustupuje do pozadÌ. V souËasnosti se spÌöe hledajÌ novÈ produkty s nov˝mi uûitn˝mi vlastnostmi, ve kter˝ch by sacharosa vystupovala jako unik·tnÌ surovina. Ekonomiku v˝roby m˘ûe pozitivnÏ ovlivnit i to, ûe jako vstupnÌ surovina m˘ûe figurovat i nÏkter˝ cukrovarnick˝ meziprodukt jako je nap¯. surov˝ cukr. 30

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) 49. Rapp K. M.: US 4,740,605 (1988); Chem. Abstr. 107, 154231 (1987). 50. Martin T.: DE 19319075 (1997); Chem. Abstr. 128, 24278 (1998). 51. Rosenberg M., Kristofikova L., Richardson G. N., Shafizadeh F. D.: Aust. J. Chem. 31, 1825 (1978). 52. Kamya H., Kita H., Nobutaka T.: JP 02306988 (1990); Chem. Abstr. 114, 185924 (1991). 53. von Rybinski W., Hill K.: Angew. Chem. Int. Ed. 37, 1328 (1998). 54. Defaye J., Wong E., Pedersen C.: FR 2,567,891 (1986); Chem. Abstr. 105, 227221 (1986). 55. Bouchu A., Chedin J., Defay J., Lafont D., Wong E.: FR 2,599,040 (1987); Chem. Abstr. 109, 95053 (1988). 56. Badel A., Descotes G., Mentech J.: Carbohydr. Res. 205, 323 (1990). 57. Fechter M. H., Stutz A. E.: J. Carbohydr. Chem. 16, 1293 (1997). 58. Leupold E. I., Schoenwaelder K. H., Fritsche-Lang W., Schlingmann M., Linkies A. H., Gohla W., Dany F. J.: DE 3900677 (1990); Chem. Abstr. 113, 214316 (1990). 59. Rosenberg M., Kristofikova L.: SK 278555 (1997); Chem. Abstr. 129, 342744 (1998). 60. Dominguez J. M., Cao N., Gong C. S., Tsao G. T.: Polym. Prep. 39, 282 (1998). 61. Du J., Cao N., Gong C. S., Tsao G. T.: Appl. Biochem. Biotechnol. 70ñ72, 323 (1998). 62. Reinefeld E.: Zuckerindustrie 12, 1049 (1987). 63. Akutsu F., Inoki M., Uei H., Sueyoshi M., Kasashima Y., Naruchi K., Yamaguchi Y., Sunahara M.: Polym. J. 30, 421 (1998). 64. Koyanagi K., Shibamoto M., Sumihiro Y., Fukushima T., Hashimoto N., Sakai T.: JP 10231358 (1998); Chem. Abstr. 129, 189815 (1998). 65. Sumihiro Y., Yukihiro S., Tadamoto K., Kunihiko F., Takeshi Y., Sakai T., Koyanagi K., Fukushima T., Hashimoto N.: JP 10101783 (1998); Chem. Abstr. 128, 295217 (1998). 66. Kuyama H., Ota M.: JP 09296102 (1997); Chem. Abstr. 128, 35509 (1998). 67. Kobayashi D., Tsubuku S., Yamanaka H., Asano M., Miuajima M., Yoshida M.: Drug. Dev. Ind. Pharm. 24, 819 (1998). 68. Wang N., Wu X. S.: J. Biomater. Sci., Polym. Ed. 9, 75 (1997). 69. Naganushi Y., Imanashi Y., Nagato Y., Takada S., Sato K.: JP 10130153 (1998); Chem. Abstr. 129, 12737 (1998). 70. Ingram L. O., Gomez P. F., Lai X., Monirurraman M., Wood B. E., Yoomano L. P., York S. W.: Biotechnol. Bioeng. 58, 204 (1998). 71. Cameselle C., Bohlmann J. T., Nunez M. J., Lema J. M.: Bioprocess Eng. 19, 247 (1998). 72. Andrews M. A., Klaeren S. A., Gould G. L., v knize: Carbohydrates as Organic Raw Materials II (Descotes E., ed.). VCH, Weinheim 1993. 73. Woodward J., Orr M.: Biotechnol. Prog. 14, 897 (1998). 74. Ardizzone S., Petrillo M., Antonacci C. M., Porro G. B.: Aliment. Pharmacol. Ther. 10, 957 (1996). 75. Reynolds R. C., Chappel C. I.: Food Chem. Toxicol. 36, 81 (1998).

20. Van Bekkum H., Roeper H., Voragen F.: Carbohydrates as Organic Raw Materials III. VCH, Weinheim 1996. 21. Jarosz S.: Pol. J. Chem. 70, 972 (1996). 22. Lichtenthaler F. W., Mondel S.: Pure Appl. Chem. 69, 1853 (1997). 23. Moiseev Yu. V., Khalturinskij N. A., Zaikov G. E.: Carbohydr. Res. 51, 23 (1976). 24. Asakawa T., Asano S. (Japan Organo Co.): JP 09308500 (1997); Chem. Abstr. 128, 76799 (1998). 25. Sinha C., Gehlawat J. K.: Indian J. Chem. Technol. 2, 171 (1995). 26. Godbole S. S., Kubal B. S., DíSouza S. F.: Enzyme Microbiol. Technol. 12, 214 (1990). 27. Krastanov A.: Appl. Microbiol. Biotechnol. 47, 476 (1997). 28. Vygovskaya E. L., Elíchits S. V.: Pishch. Prom-st. 37, 102 (1991). 29. Garncarek Z., Garncarek B.: Pr. Nauk. Akad. Ekon. im. Oskara Langego Wroclawiu 605, 7 (1991); Chem. Abstr. 117, 88675 (1992). 30. Miyazawa F., Yoshihiro Y., Kida M., Yoshikawa T.: JP 02023869 (1990); Chem. Abstr., 113, 227141 (1990). 31. Zarin P. Ya., Ozola V. A., Kharald V.: SU 1824451 (1993); Chem. Abstr. 124, 149142 (1996). 32. Nakanishi N., Yokozuka K.: JP 04117297 (1992); Chem. Abstr. 117, 110146 (1998). 33. DeOliveira L., Antonio C., Ferreira C. M., Nakamura L. M. K., Ferreira V. F.: BR 9602893 (1987); Chem. Abstr. 108, 188787 (1988). 34. Rearick D. E., Olmstead L. J.: Proc. Sugar Process. Res. Conf. 1992, 1993, 97; Chem. Abstr. 119, 141490 (1993). 35. Kulhanek M., Tadra M.: CS 244023 (1987); Chem. Abstr. 110, 58001 (1989). 36. Reinefeld E.: Zuckerindustrie 12, 1049 (1987). 37. Kim W. K., Chun U. H., Young M., Kim C. H., Choi E. S., Rhee S. K.: Process Biochem. 29, 277 (1994). 38. Rehr B., Sahm H.: DE 4017103 (1991); Chem. Abstr. 116, 104489 (1992). 39. Heikkila H., Hyoky G., Niittymaki P., Viljava T., Myohanen T.: WO 9207097 (1992); Chem. Abstr. 117, 29136 (1992). 40. Dorta A., Dhingra Y. R., Pynnonen B. W.: US 5176832 (1993); Chem. Abstr. 118, 235560 (1993). 41. Saska M., Clarke S. J., Wu M. D., Igbal K.: Int. Sugar J. 93, 223 (1991). 42. Strube J., Haumreisser S., Schmidt-Traub H., Schulte M., Ditz R.: Org. Process Res. Dev. 2, 305 (1998). 43. Gallezot P.: Catal. Today 37, 405 (1997). 44. Asakura A., Hoshino T., Masuda S., Setoguchi Y.: WO 9218637 (1992); Chem. Abstr. 118, 5761 (1993). 45. Quirasco-Baruch M., Iturbe-Chinas F., Novak M. F., Lopez-Munguia A.: Rev. Latinoam. Microbiol. 35, 273 (1993); Chem. Abstr. 121, 228885 (1997). 46. Rosenberg M., Svitel J., Rosenbergova I., Sturdik E.: Acta Biotechnol. 12, 311 (1992). 47. Jokic M. M., Ristic N., Kotorcevic M., Simovic D., Lacnjevac C., Jaksic M. M.: Hem. Ind. 50, 414 (1996); Chem. Abstr. 126, 104320 (1996). 48. Elseviers M., Lemmens H. O. J., Coomans S. M. J., Roper H. W. W.: EP 820979 (1998); Chem. Abstr. 128, 140962 (1998). 31

Chem. Listy 95, 202 ñ 211 (2001) 89. Stoppok E., Matalla K., Buchholz K.: Appl. Microbiol. Biotechnol. 36, 604 (1992). 90. Schwengers D., Benecke H.: EP 185 302 (1985); Chem. Abstr. 105, 77815 (1986). 91. Kunz M., v knize: Ullmanís Encyclopedia of Industrial Chemistry, sv. 25A, str. 426. VCH, Weinheim 1994. 92. Bucke C., Cheetham P. S. J.: GB 2063268 (1980); Chem. Abstr. 95, 95468 (1981). 93. Lichtenthaler F. W., Martin D., Weber T. A., Schiweck H. M.: EP 426.176 (1990); Chem. Abstr. 115, 92826 (1991). 94. Rˆger H., Puke H., Kunz M.: Zuckerindustrie 115, 174 (1990). 95. Fuji S., Komoto K.: Zuckerindustrie 116, 197 (1991).

76. Keller G., Kuester J.: DE 19619216 (1997); Chem. Abstr. 128, 23631 (1998). 77. Parker W. J., Khan R. A., Mufti K. S.: GB 1,399,053 (1973); Chem. Abstr. 82, 100608 (1975). 78. Tutin K.K.: US 5710239 (1998); Chem. Abstr. 128, 115406 (1998). 79. Fairclough P. H., Hough L., Richardson A. C.: Carbohydr. Res. 40, 285 (1975). 80. Hough L.: GB 1543168 (1979); Chem. Abstr. 91, 193577 (1979). 81. Khan R. A., Sankey G. H., Simpson P. J., Vernon N. M.: EP 260979 (1988); Chem. Abstr. 113, 152966 (1990). 82. Simpson P. J.: US 4889928 (1989); Chem. Abstr. 113, 6739 (1990). 83. Jones J. D., Hacking A. J., Cheetham P. S. J.: Biotechnol. Bioeng. 39, 203 (1992). 84. Reinefeld E., Heincke K. D.: Chem. Ber. 104, 265 (1971). 85. Lichtenthaler F. W., Himmel S., Martin D., M¸ller V., v knize: Carbohydrates as Organic Raw Materials II (Descotes E., ed.), str. 59. VCH, Weinheim 1993. 86. Chin A. K. B., Hough L., Richardson A. C., Toufeili I. A., Dziedzic S. Z.: Carbohydr. Res. 162, 316 (1987). 87. Fanton E.: J. Org. Chem. 46, 4057 (1981). 88. Sarney D. B., Barnard M. J., MacManus D. A., Vulson E. N.: J. Am. Oil Chem. Soc. 73, 1481 (1996).

J. Moravcov· (Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague): Sucrose as Raw Material The potential of sucrose as a raw material obtained from renewable resources is discussed in terms of its degradation to compounds with a lower number of carbon atoms, modification of all hydroxy groups, synthesis of polymers, other chemical transformations of sucrose, and the enzymatic oligosaccharide synthesis.

32

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

NECUKERNÉ PŘÍRODNÍ LÁTKY SLADKÉ CHUTI

OLDŘICH LAPČÍKa*, JANA ČOPÍKOVÁb, MICHAL UHERc, JITKA MORAVCOVÁa a PAVEL DRAŠARa,d

a liší se v pouhých pěti polohách. Jejich směs se získává z hmoty semenných míšků africké rostliny Thaumatococcus daniellii Benth (čeleď Marantaceae, marantovité) nazývané též katamfe a dále se nepurifikuje. V katamfe z některých oblastí Ghany9 výrazně převládá thaumatin I a jako minoritní složka separovatelná ionexovou chromatografií nebo isoelektrickou fokusací se udává ještě thaumatin O, který je méně bazický. Směs thaumatinů je podle okolností 3000–15 000krát sladivější než sacharosa. Obvykle se získává ze zmražených plodů, v nichž může tvořit až více než polovinu obsahu všech proteinů. Gen pro thaumatin II byl úspěšně exprimován ve více druzích rekombinantních organismů, např. Bacillus subtilis, Streptomyces lividans, Penicillium roquefortii a Aspergillus niger, z nichž nejvyšší výtěžky poskytl A. niger10,11. Thaumatiny jsou dobře rozpustné ve vodě i ve směsích vody s alkoholem, snesou pasterizaci i krátkodobý var. Směs je schváleným potravinářským sladidlem v Evropě (E957). V USA je řazen mezi substance, jejichž využití v potravinách je považováno za bezpečné, a vedle přírodního thaumatinu je na seznamu FDA (Food and Drug Administration) v kategorii GRAS (Generally Recognized As Safe) uveden i rekombinantní thaumatin II (cit.11,12).

a

Ústav chemie přírodních látek, b Ústav chemie a technologie sacharidů, FBPT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6, c Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, d Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Flemingovo náměstí 2, 166 10 Praha 6 Došlo 25.9.06, přijato 14.11.06.

Klíčová slova: sladidlo, přírodní sladidlo, potravní doplněk, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Úvod Proteiny Deriváty aminokyselin Terpeny Flavonoidy, chalkony a deriváty kumarinu Steroidy Závěr

Monellin Monellin z plodů západoafrické liány Dioscoreophyllum cumminsii Diels. (čeleď Menispermaceae, chebulovité) je tvořen dvěma podjednotkami složenými ze 44 a 50 aminokyselin. Monellin, 3000krát sladší než sacharosa, je tepelně nestálý a je také citlivý vůči kyselým roztokům (při hodnotách pH pod 5,0 postupně degraduje), proto je jeho praktické využití omezené11.

1. Úvod

Brazzein a pentadin

Článek navazuje na přehledy, které popisují diversitu přírodních látek, a může být chápán i jako vhodná učební pomůcka1−7 při výuce oboru. Je dostatečně známo, že cukr (sacharosa) je v potravinách nahrazován, neboť je důležité zásobovat trh potravinami vhodnými pro diabetiky, je moderní snižovat energetickou hodnotu potravin a nepřispívat jejich složením ke kazivosti zubů8. Bohatost přírodních látek může přitom posloužit nejen jako zdroj pro farmaceutický průmysl, ale i jako inspirace pro průmysl potravinářský a chemický.

Brazzein z plodů Pentadiplandra brazzeana Baillon (čeleď Capparaceae, kaparovité) je 1200krát sladší než sacharosa. Skutečnost, že jde o nejjednodušší (54 aminokyselin) z intenzivně sladkých přírodních proteinů a dále že je termostabilní, z něj činí vděčný předmět výzkumu zaměřeného jak teoreticky, tak na možné komerční využití. Gen pro brazzein byl izolován a úspěšně exprimován v bakterii Escherichia coli a kvasince Saccharomyces cerevisiae13,14. Komerční využití se očekává od nedávno vytvořené transgenní kukuřice, v jejíchž zrnech tvoří brazzein až 4 % všech rozpustných proteinů15. Z dužniny Pentadiplandra brazzeana Baillon byl podle literatury izolován protein (12 kDa), který je 500krát sladší než sacharosa. Vzhledem ke svému zdroji byl nazván pentadin16. Může však jít o artefakt nebo i omyl autorů, protože jinak se v literatuře vyskytuje pentadin (sodná sůl kyseliny 2,3,4,5,5-pentachlor-2,4-pentadienové CAS

2. Proteiny Thaumatin Thaumatin I a thaumatin II jsou proteiny o téměř identické sekvenci; oba se skládají ze 207 aminokyselin 33

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

Tabulka I Sladké proteiny

Thaumatin I

1

Počet aminokyselin 207

Tahumatin II

1

207

22,2

8

Monellin Brazzein Mabinlin I Mabinlin II Mabinlin III Mabinlin IV Kurkulin Neokulin

2 1 2 2 2 2 2 2

44 + 50 54 32 + 72 33 + 72 32 + 72 28 + 72 114 + 114 114 + 113

10,7 6,5 12,3 12,4 12,3 12,1 23

0 4 4 4 4 4 4 4

Mirakulin Lysozym (slepičí)

4 1

191 211

Protein

Podjednotky

m.h. [kDa] 22,2

Počet disulfidových můstků 8

23−24 24,6 14,4

RN 61391-05-7), používaný jako agrochemikálie a defoliant. Bohužel, aby bylo toto zmatení kompletní, rešerše o sladkých proteinech citují tento defoliant mezi sladkými přírodními látkami17.

Relativní sladivost 3–15 tisíc (směs obou thaumatinů) 3–15 tisíc (směs obou thaumatinů) 3000 1200

Pozn. E957 E957

1000

500 sám je bez chuti

4

Lysozym Sladkou chuť vykazují v nativním stavu některé lysozymy. Tyto hydrolytické enzymy (EC 3.2.1.17) hrají důležitou roli při nespecifické obraně proti bakteriím. Přes významný stupeň homologie určitých domén jsou mezi lysozymy z jednotlivých živočišných druhů značné rozdíly v aminokyselinovém složení a velikosti molekuly. Lysozym ze slepičích vaječných bílků je sladký při koncentracích nad 7 µmol l−1, obdobně jsou vnímány i lysozymy husí, krocaní a želví, zatímco lidský lysozym je bez chuti. Redukce disulfidových můstků nebo tepelná denaturace ruší jak enzymovou aktivitu, tak i chuť slepičího lysozymu. Naproti tomu modifikace karboxylových skupin aminomethansulfonovou kyselinou způsobí ztrátu enzymové aktivity, ale chuť zůstane zachována24.

Mabinliny Čtyři homologní sladké proteiny byly identifikovány v semenech jihočínské kapary Capparis masaikai, která patří v místě svého výskytu mezi tradiční sladidla. Nejvíce zastoupený mabinlin II je tvořen dvěmi podjednotkami o 33 a 72 aminokyselinách propojenými dvojicí disulfidových můstků, další dva disulfidové můstky stabilizují delší řetězec B. Je výjimečně termostabilní, beze změny vydrží i 48 hodinový var. Relativně termostabilní jsou i mabinlin III a IV, naproti tomu mabinlin I ztrácí chuť již po hodinovém zahřátí na 80 °C (cit.18,19).

Mirakulin

Kurkulin

Mirakulin z bobulí západoafrického keře Synsepalum dulcificum (synonymum Richardella dulcifica, čeleď Sapotaceae, zapotovité) je glykoprotein o 119 aminokyselinách. Ačkoli je bez chuti, mění vnímání kyselé chuti ve sladkou. Jeho účinky jsou poměrně trvanlivé, změna vnímání chuti vyvolaná mirakulinem může trvat desítky minut11.

Kurkulin z plodů malajské rostliny Curculigo latifolia (Liliaceae, liliovité) je složen ze dvou identických polypeptidů o 114 aminokyselinách, propojených dvěma disulfidovými můstky20. Je 500krát sladší než sacharosa a obdobně jako mirakulin (viz níže) převrací kyselou chuť na sladkou. Strukturní variantou je nedávno popsaný neokulin21,22. Jeho jeden peptidový řetězec je podjednotkou kurkulinu, druhý s ní vykazuje vysoký stupeň homologie (77 % aminokyselin identických), je o jednu aminokyselinu kratší a je glykosylovaný. Kurkulin je homologem lektinu vázajícího D-mannosu, který se nachází v řadě rostlinných taxonů, sám ale lektinovou aktivitu nemá23.

Struktura proteinů sladké chuti Až na téměř identickou sekvenci obou thaumatinů a vysoký stupeň homologie uvnitř skupiny mabinlinů nebyla nalezena žádná jasná strukturní souvislost mezi jednotlivými sladkými proteiny. V jejich primárních strukturách neexistují žádné společné sekvence, sladké proteiny

34

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

bez chuti. Souběžně byl analyzován preparát monatinu extrahovaný z přírodního zdroje a proti původnímu popisu byl ve směsi identifikován jako majoritní stereoisomer (2R,4R). Od roku 2002 byla v souvislosti se syntézou monatinu a jeho možným využitím jako průmyslového sladidla podána řada patentových přihlášek.

se liší jak velikostí, tak počty disulfidových můstků a dalšími strukturními prvky. Imunochemická data i počítačové modely svědčí o vzájemné podobnosti na úrovni terciárních struktur. Byly popsány monoklonální protilátky proti monellinu, které zkříženě reagovaly s thaumatinem25, a jiná protilátka, která vedle kurkulinu reagovala i s mirakulinem26. Je zřejmé, že o chuti proteinů rozhoduje rozložení kladně nabitých aminokyselin – L-lysinu, Lglutaminu a L-asparaginu. Pokud byly tyto aminokyseliny chemicky modifikovány (methylací lysinů), ztratily thaumatin i monellin chuť27. U brazzeinu se podařilo vytvořit výrazně sladší analogy záměnou záporně nabité kyseliny L-asparagové za neutrální nebo kladně nabité aminokyseliny v určitých místech molekuly (mutace Asp29Ala, Asp29Asn, Asp29Lys, Glu41Lys), obdobná modifikace na jiném místě (mutace Glu36Ala, Glu36Gln, Glu36Lys) naopak vedla k mutantům zcela bez chuti28. Ze šesti molekul L-lysinu a šesti L-argininu přítomných ve slepičím lysozymu se pro chuť jeví důležité Lys13, Lys96, Arg14, Arg21 a Arg73, jejichž záměna za L-alanin nebo chemická modifikace vedly ke ztrátě sladkosti29.

4. Terpeny Monoterpeny Perillartin Látka podobná limonenu, perillartin, používaná ve voňavkářství má sladkou chuť a někdy je považován za stimulátor mozkové činnosti. Nachází se v Perilla frutescens (L.) Britton (čeleď Lamiaceae, hluchavkovité)32. perillartin HO N

Udává se, že je 350krát sladší než sacharosa, používá se v Japonsku ke slazení tabáku a chuťovým úpravám kávy. Jeho použití v potravinářství limituje hořká pachuť (aftertaste) a nízká rozpustnost ve vodě.

3. Deriváty aminokyselin Monatin, derivát kyseliny glutamové 1200−1400krát sladší než sacharosa, byl izolován z kořenů keře Schlerochiton ilicifolius (čeleď Acanthaceae, paznechtíkovité) vyskytujícího se v hornatých oblastech jihoafrické provincie Transvaal30. Jeho struktura byla stanovena jako (2S,4S)-4-hydroxy-4-(indol-3-yl)methylglutamová kyselina. Všechny čtyři možné stereoisomery monatinu byly nedávno připraveny synteticky31. Intenzivně sladké byly tři z nich (2R,4S; 2R,4R; 2S,4S), zatímco (2S,4R)-monatin byl O

OH

Seskviterpeny V roce 1985 byl izolován z listů a květů mexické rostliny Lippia dulcis Trevir (Verbenaceae, sporýšovité) intenzivně sladký seskviterpen hernandulcin (1000krát sladší než sacharosa). V odrůdě stejného druhu získané v Panamě identifikovali v roce 1992 ještě jeho další sladký derivát, (+)-4β-hydroxyhernandulcin33−35. Hernandulcin je potentní sladidlo, je ale málo rozpustný v polárních rozpouštědlech a je termolabilní. Kromě toho vykazuje podchuť a hořký chuťový dozvuk36. Jako chuťový princip oplodí jihoasijského stromu Sapindus rarak (mýdelník, čeleď Sapindaceae, mýdelníkovité) byl identifikován seskviterpenový glykosid mukuroziosid IIb, jenž sladkostí odpovídá sacharose a v plodech raraku je obsažen37 v koncentraci více než 6 %.

O OH

OH N H

NH2

O

OH

O OH

(2R,4S)-monatin

OH N H

NH2

O H

(2R,4R)-monatin O

OH

hernadulcin

O OH

OH N H

OH

Diterpeny

NH2 O

OH

Steviosid Stevia rebaudiana (čele Astraceae, hvězdnicovité) je z rostlin poskytujících sladidla s terpenovou strukturou komerčně nejvýznamnější. Tato trvalka s nevýraznými drobnými květy a množstvím podlouhlých vroubkovaných lístků pochází z Brazílie a Paraguaye. Nyní se pěstuje také v Izraeli, Japonsku, Koreji, Číně a některých dalších zemích38. Chuťovými principy stevie jsou glykosidy diterpenů

O

(2S,4S)-monatin

OH OH N H

NH2

(2S,4R)-monatin 35

Chem. Listy 101, 44−54 (2007) HO OH

HO

O

O

O

HO O HO

mukuroziosid IIb

OH

HO

OH O

O

O

O HO

O HO

OH O O

O

OH

OH HO

OH

OH

ent-kaurenového typu: steviosid, rebaudiosidy A až D a dulkosidy A a C, jejichž obsah v sušině listů může dosahovat 4–20 %. Nejvýznamnější z nich, steviosid, je 200 až 300krát sladší než sacharosa, bez vedlejších chuťových dozvuků. Drcené lístky, jednoduše připravené extrakty nebo i rafinovaný steviosid se používají jako sladidlo, které je nekalorické, nepřispívá k zubnímu kazu a je vhodné např. pro diabetiky, osoby s vysokým krevním tlakem nebo pacienty s fenylketonurií. V roce 2001 se na světových trzích (převážně Japonsko, Korea, Čína, Brazílie) uplatnilo 1250 tun stevie (odpovídá sladivému ekvivalentu 250 000 tun cukru) v celkové ceně 63 mil EUR. K její oblibě přispívá jak široké spektrum možných aplikací umožněné stabilitou steviosidu, tak i renomé přírodní látky a skutečnost, že po sacharinu je stevie nejlevnějším sladidlem (šestkrát levnější než sacharosa, vyjádřeno v ekvivalentech sladivosti)38. HO

OH

HO

HO O

HO

O OH

naznačují, že stevie by se mohla stát podpůrným léčivem při diabetu II. typu. U laboratorních potkanů steviosid zlepšoval parametry glykemické křivky a snižoval rozsah vrozené nebo streptozotocinem vyvolané rezistenci vůči insulinu. Rebaudiosid A stimuloval sekreci insulinu βbuňkami Langerhansových ostrůvků in vitro (cit.40−45). Glykosidy odvozené od steviolu byly identifikovány jako sladké principy rovněž v několika druzích ostružiníků (Rubus sp., Rosaceae, růžovité) využívaných v čínském lidovém léčitelství a k přípravě bylinných čajových směsí46. Samotný steviosid byl nalezen též v taxonu Stevia phlebophylla A. Gray47, jako v jediném dalším zástupci ze 108 druhů rodu Stevia. Gaudichauidiosid A Z paraguayské léčivé rostliny Baccharis gaudichaudiana (čeleď Astraceae, hvězdnicovité) byl48 v roce 1991 izolován sladký terpenový glykosid labdanového typu, gaudichaudiosid A. Je 55krát sladší než sacharosa, dostatečně rozpustný ve vodě, má příjemnou chuť. Je ale doprovázen strukturně obdobnými gaudichaudiosidy B-E, které jsou hořkosladké. Jiné druhy rodu Baccharis jsou hořké. B. gaudichaudiana bývá v lidovém léčitelství používána při léčení diabetu.

OH

O O

HO HO

OH

H O

H O

HO

O

O

steviosid

H

OH

HO

V Evropě i v USA brání využívání stevie legislativní překážky. Evropská komise jednala o stevii a steviosidu v roce 2000 a odmítla je uznat za nové potraviny kvůli nedostatku dat prokazujících jejich bezpečnost. V USA se od roku 1995 se stevií v omezeném množství obchoduje. Díky určité mezeře v legislativě může být nabízena a prodávána jako „přírodní potravní doplněk“39. Nebyla však schválena FDA, a proto nesmí být propagována a prodávána jako sladidlo. FDA na dodržování tohoto omezení přísně dbá a ty, kdo je přestoupí, důrazně napomíná, případně trestá pokutami, došlo už prý i na zabavení nákladu kuchařské knihy. V současnosti bylo publikováno několik studií, které

OH OH

O O

gaudichaudiosid A

OH

Baiyunosid a flomisosidy Kořeny léčivých rostlin Phlomis younghusbandii a P. medicinalis (čeleď Lamiaceae, hluchavkovité) jsou v tradičním léčitelství Tibetu a západního Sečuanu používány jako antipyretika a antitusika, příbuzný druh P. betonicoides je v podobných indikacích využíván v Číně. Vedle jiných látek z nich byly izolovány sladké diterpeny furanolabdanového typu49 baiyunosid a flomisosid I. 36

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

O

baiyunosid I baiyunosid II

cyrrhizová je účinným inhibitorem několika isoenzymů cytochromu P450. Fyziologicky nejvýznamnější je inhibice dehydrogenasy 11-β hydroxysteroidů. Glycyrrhetová kyselina bývá v laboratorních studiích často využívána jako modelový inhibitor tohoto enzymu. U vnímavých osob může glycyrrhizová kyselina způsobit závažnou poruchu v hospodaření s minerály – tzv. syndrom zdánlivého nadbytku mineralokortikoidů (Apparent Mineralocorticoid Excess, AME)50. V Evropě ani v USA její používání není schváleno.

R = Glc - Xyl R = Glc - Rha

COOR

O

flomisosid I R = Glc - Xyl flomisosid II R = Glc - Rha flomisosid III R = Glc - Glc

RO

Abrusosidy Sotorek obecný (Abrus precatorius, čeleď Fabaceae, bobovité) je popínavá rostlina původem z tropů a subtropů Asie, roste ale i v Americe a Africe. Na sladkost jeho listů a kořenů upozorňuje jeden z anglických názvů – Indian licorice. Z listů sotorku a z příbuzného druhu A. fruticulosus byla izolována pětice sladkých glykosidů odvozených od téhož aglykonu oleananového typu, abrusogeninu. Abrusosidy A-D vykazují 30−100krát vyšší sladivost než sacharosa. Jejich sladkost je mírně opožděná, bez nepříjemných vedlejších tónů a bez hořkosti. Abrussosid E je jenom slabě nasládlý, ale jeho semisyntetický 6-Omonomethylester je 150krát sladší než sacharosa51,52. Kromě abrusosidů je sotorek zdrojem řady dalších významných biologicky aktivních látek. Některé jeho terpenové saponiny působí protizánětlivě. Extrakty ze stonků a kořenů používají léčitelé v Zimbabwe jako relativně účinný prostředek proti schistosomiáze. Semena obsahují čtveřici toxických proteinů, abrinů A až D, které se stavbou i funkcí podobají ricinu a spolu s ním patří mezi nejprudší bílkovinné jedy vůbec. Skládají se ze dvou podjednotek. Lektinová podjednotka zodpovídá za navázání abrinu na povrch buňky a za vyvolání jeho internalizace, druhou podjednotkou je specifická ribonukleasa, která štěpí ribosomální RNA. Smrtící dávka abrinu při parenterálním podání je 10–30 µg kg−1 (cit.54). Přestože je takto jedovatý, pestrá semena sotorku se často používají k výrobě dekorativních předmětů – náramků, náhrdelníků a amuletů. Použití sotorku jako zdroje sladkých látek je tedy problematické.

Triterpeny Glycyrrhizová kyselina Lékořici lysou (Glycyrrhiza glabra, čeleď Fabaceae, bobovité) a několik příbuzných druhů (např. G. echinata, G. uralensis) lidstvo využívá více než dva tisíce let jednak jako léčivé rostliny, jednak k přípravě cukrovinek a k ochucování pokrmů a nápojů. Lékořici je např. věnována stať v Mathioliho herbáři (česky 1562). Sladkost lékořice je způsobena antivirálně a antifungálně působící kyselinou glycyrrhizovou, diglukuronosidem, jehož triterpenový aglykon oleananového typu se nazývá kyselina glycylrrhetinová (popř. 18-β glycyrrhetinová kyselina, enoxolon, glycyrrhetin), která se m.j. užívá jako protizánětlivé léčivo. Její obsah v kořenech lékořice může dosahovat až 14 % sušiny. Kyselina glycyrrhizová je 100–200krát sladší než sacharosa ale má znatelnou lékořicovou příchuť. Jako sladidlo se využívá amonná sůl kyseliny glycyrrhizové; obchod s touto komoditou dosáhl v asijských zemích v roce 2003 objemu 1000 tun v ceně 50 mil EUR. Kyselina glyO OH O OH OH HO

H

HO O HO

O

H

O O

H O

H

O O

H O

H

OH OH

glycyrrhizová kyselina

R O

O

COOH

OH

abrusosid A abrusosid B abrusosid C abrusosid D abrusosid E

O H

glycyrrhetinová kyselina

H HO

H

37

R = GlcβR = GlcA6Meβ-2GlcβR = Glcβ-2GlcβR = Glcβ-2GlcAβR = GlcAβ-2Glcβ-

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

Tabulka II Sladké terpeny Terpeny

Typ

Výskyt

m.h.

Hernandulcin

seskviterpen

Lippia dulcis (Verbenaceae)

236

Relativní sladivost 1000

Mukuroziosid

seskviterpen

Sapindus rarak (Sapindaceae)

1147

1

Gaudichauidiosid A

seskviterpen

Baccharis gaudichaudiana (Astraceae)

468

55

Steviosid Baiyunosid

diterpen diterpen

805 587

200 250

Phlomisosid I

diterpen

Stevia rebaudiana (Astraceae) Phlomis betonicoides, P.younghusbandii, P. medicinalis (Lamiaceae) Phlomis betonicoides, P.younghusbandii, P. medicinalis (Lamiaceae)

Abrusosid A

triterpenový glykosid

646

30

Abrusosid B

triterpenový glykosid

836

100

Abrusosid C

triterpenový glykosid

808

50

Abrusosid D

triterpenový glykosid

806

75

Periandrin I - V

triterpenový glykosid

Abrus precatorius, Abrus fruticulosus (Fabaceae) Abrus precatorius, Abrus fruticulosus (Fabaceae) Abrus precatorius, Abrus fruticulosus (Fabaceae) Abrus precatorius, Abrus fruticulosus (Fabaceae) Periandra dulcis (Fabaceae)

806

Pterokaryosid A Pterokaryosid B Mogrosid V Carnosiflosid V, IV

triterpenový glykosid triterpenový glykosid triterpenový glykosid triterpenový glykosid

Pterocarya paliurus (Juglandaceae) Pterocarya paliurus (Juglandaceae) Siraitia grosvenori (Cucurbitaceae) Hemsleya carnosiflora (Cucurbitaceae)

636 622 1286 944

100−200 50 100 400

Glycyrrhizin

triterpenový glykosid

Glycyrrhiza glabra (Fabaceae)

822

Periandriny Série sladkých glykosidů s aglykonem oleananového typu byla izolována z kořenů brazilské rostliny Periandra dulcis (čeleď Fabaceae, bobovité). Periandriny I až IV jsou 90–100krát sladší než sacharosa, periandrin V je 200krát sladší55,56.

611

100

E958

Pterokaryosidy Listy jihočínského stromu Pterocarya paliurus (čeleď Juglandaceae, ořešákovité) patří v oblasti jeho přirozeného výskytu mezi tradiční sladidla. V roce 1995 z nich byly izolovány dva glykosidy (arabinosid a isorhamnosid) odvozené od téhož 3,4-seco-dammaranového aglykonu, pterokaryosidy A a B. Alternativní název je cyklokaryosid A a B, podle druhé varianty latinského názvu rostliny Cyclocarya paliurus. Jsou 50–100krát sladší než sacharosa, oba se však vyznačují mírně hořkým chuťovým dozvukem52,57.

COOH H R

Pozn.

RO HO

2

HOOC

1

R O

periandrin I R1 = Glcβ-2GlcAβ- R2 = CHO periandrin II R1 = Xylβ-2GlcAβ- R2 = CHO

Pterokaryosid A Pterokaryosid B 38

R = QuiβR = L-Araα-

OH

Chem. Listy 101, 44−54 (2007) HO HO

O

HO O

HO

OH

HO

mogrosid V

O

OH OH

O

O

O OH OH HO

OH

HO O

O

HO H

OH H

OH OH

H

O

O

HO HO

Kukurbitanoglykosidy Momordica grosvenori Swingle (čeleď Cucurbitaceae, tykvovité), synonyma Thladiantha grosvenori, Siraitia grosvenori je tykvovitá rostlina58, která se pěstuje v jihočínské provincii Guangxi pro plody nazývané Lo Han Kuo. Tyto plody se používají sušené, případně se z nich připravují vodně-ethanolové extrakty. Sladkými sloučeninami z Lo Han Kuo jsou kukurbitanové glykosidy nazývané mogrosidy. V oplodí je jejich obsah vyšší než v dužnině. Nejvýznamější, mogrosid V je 400krát sladší než sacharosa, minoritní siamenosid I dokonce 560krát (viz.59). V poslední době je mogrosid V studován pro své potenciální protizánětlivé a antioxidační účinky60,61. Sladké triterpeny kukurbitanového typu byly nalezeny také v dalších zástupcích čeledi tykvovitých, rostlinách druhu Hemsleya carnosiflora a H. panacis-scandens62,63.

OH HO

OH O

OH

HO

O O OH O

O

(2R,3R)-dihydrokvercetin-3-acetát

Dihydrochalkon neohesperidinu OH

Glykosidy flavanonů se podílejí na hořkých chutích řady citrusových plodů. V kůře bigarádie neboli sevilských pomerančů (Citrus aurantium) se nachází neohesperidin, podstatu hořkosti grapefruitům (Citrus paradisi) dodává podobný naringin. V roce 1963 byly připraveny69 jejich alkalickou hydrolýzou a následnou katalytickou hydrogenací na paladiu sladké dihydrochalkony. Dihydrochalkon

OH

selligueain A

OH HO

HO

OH

OH

HO

O

OH

OH

OH

OH O

OH O

Čtyři sladké dihydroflavonoly byly identifikovány v bylině Hymenoxys turneri (Compositae)65. Nejintenzivnější sladkou chuť, odpovídající osmdesátinásobku sladkosti sacharosy, vykazoval (2R,3R)-dihydroquercetin-3-acetát [(+)-3-O-acetyldihydrokvercetin]. Jeho výskyt byl zaznamenán i v dalších zástupcích čeledi Astraceae – paraguayské léčivé rostlině Tessaria dodoneifolia66 a v druzích Baccharis varlans67 a Inula viscosa68.

O

O

OH O

(+)-3-O-Acetyldihydrokvercetin

Pokud mají flavonoidy nějakou chuť, patří většinou mezi látky hořké nebo mírně adstringentní (svíravé), nicméně i v této skupině se vyskytují sloučeniny sladké chuti. Selligueain, který byl ve vysokém výtěžku (0,7 %) izolován z oddenků Selliguea feii syn. Polypodium feii (čeleď Polypodiaceae, osladičovité), patří mezi trimerické proanthocyanidiny. Je 35krát sladší než sacharosa, bez výrazné hořké nebo trpké podchuti. Tato látka byla identifikována v dalších pěti druzích rodu Polypodium rostoucích v Hondurasu64.

O

HO

selligueain B

Selligueainy

OH

OH

O OH

5. Flavonoidy, chalkony a deriváty kumarinu

HO

O

OH

39

Chem. Listy 101, 44−54 (2007) OH HO

organické chemie a biochemie ČSAV v Praze izolován steroidní glykosid osladin71. Jeho struktura byla stanovena o čtyři roky později72, ovšem později se ukázalo, že s několika nepřesnostmi. Původně popsaná látka byla v roce 1992 připravena synteticky, tento preparát však při senzorických testech nevykazoval žádnou chuť. Nová izolace osladinu z přírodního materiálu umožnila revizi struktury73 na konfiguraci 22R,25S,26R z původně předpokládané 22S,25R,26S.

OH O HO

O

OH O

OH

O

O

HO

OH O

HO

dihydrochalkon neohesperidinu 25

H

neohesperidinu (neohesperidin DHC) je 1000krát sladší než sacharosa, ale má znatelnou lékořicovou příchuť. Je termostabilní a relativně odolný i vůči kyselé hydrolýze až do pH 2. Je schváleným sladidlem v EU (E959), v USA je řazen do kategorie GRAS. Používá se často v kombinaci s jinými sladidly70, zejména v nápojích, džemech, potravinách s podílem ovoce (jogurty apod.), žvýkacích gumách, léčivých přípravcích aj.

H

HO

HO

Fylodulcin

O

O

H O

O

H

26

O O

H

HO HO O

22

H

OH OH OH

O

OH OH

Jako derivát kumarinu je prezentován fylodulcin (phyllodulcin) z listů Hydrangea macrophylla Seringe var. thunberghii (Siebold) Makino (Saxifragacee, lomikámenovité), ze kterých se v Japonsku vaří čaj. Fylodulcin je 400krát sladší než sacharosa, jako sladidlo se nepoužívá pro hořkou pachuť a malou rozpustnost ve vodě.

osladin, revidovaná struktura Z oddenků severoamerického osladiče Polypodium glycyrrhiza byly izolovány steroidní saponiny obdobné struktury jako osladin, které byly pojmenovány polypodosidy. Polypodosidy jsou 600krát sladší než sacharosa, netoxické a nejsou mutagenní, jejich obsah v oddencích75 je však relativně nízký (do 0,3 %).

OH O

O

fylodulcin

H

O HO

H

HO

HO O

Steroidní saponiny Osladič obecný (Polypodium vulgare, čeleď Polypodiaceae, osladičovité) je tradiční středoevropská léčivá rostlina zmiňovaná již v Mathioliho herbáři. Lze připomenout, že rod Polypodium je chráněným taxonem. Z oddenku osladiče s kořeny byl r. 1970 v Ústavu

HO

O O

HO

6. Steroidy

O

O

H O

O

H

H

OH OH OH

O

OH OH

polypodosid A

Tabulka III Sladké steroidy Steroidy Osladin Polypodosid

Typ Steroidní saponiny Steroidní saponiny

Výskyt Polypodium vulgare (Polypodiaceae) Polypodium glycyrrhiza

m.h. 887 885

Relativní sladivost 500 600

Telosmosid A15

Polyoxypregnanové glykosidy

Telosma procumbens (Asclepiadaceae)

1378

1000

40

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

Tabulka IV Sladké flavonoidy a dihydrochalkony Flavonoidy a dihydrochalkony

Typ

Výskyt

m.w.

Relativní sladivost

(+) dihydrokvercetin -3- acetát

flavonoid

Tessaria dodonelifolia, Hymenoxios turneri, Inula viscosa (Astraceae)

346

80

Selligueain A

flavonoid

Polypodium feii (Polypodiaceae)

816

35

Neohesperidin DHC

dihydrochalkon polosyntetický, z Citrus aurantium (Rutaceae)

582

1000

H

O

O

OH

O

HO

O

HO

H O

H

OH

H

OH OH

7. Závěr

O

Přehled přírodních necukerných látek sladké chuti ukazuje zajímavost této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci, např. potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi.

polypodosid B H H

HO

O

O O

HO

O

HO

H O

H

OH

H

O OH

Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305. Dále si dovolují poděkovat doc. RNDr. Lubomíru Opletalovi, CSc. za pomoc při správném použití botanických názvů a termínů.

OH

O

LITERATURA

polypodosid C

1. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 2. Fišar Z.: Chem. Listy 100, 233 (2006). 3. Fišar Z.: Chem. Listy 100, 314 (2006). 4. Heřmanová V., Bárta J., Čurn V.: Chem. Listy 100, 495 (2006). 5. Benešová E., Marková M., Lipovová P., Králová B.: Chem. Listy 99, 324 (2006). 6. Harmatha J.: Chem. Listy 99, 622 (2006). 7. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 8. Hamilton-Miller J. M. T.: J. Med. Microbiol. 50, 299 (2001). 9. Mackenzie A., Pidham J. B., Saunders N. A.: Phytochemistry 24, 2503 (1985) 10. Faus I., del Moral C., Adroer N., del Rio J. L., Patino C., Sisniega H., Casas C., Blade J., Rubio V.: Appl. Microbiol. Biotechnol. 49, 393 (1998). 11. Faus I.: Appl. Microbiol. Biotechnol. 53, 145 (2000). 12. http://www.cfsan.fda.gov/~dms/eafus.html (staženo 15.2.2006). 13. Guan ZY, Hellekant G, Yan W: Chem. Senses 20, 99

Polyoxypregnany Ve vietnamské léčivé rostlině Telosma procumbens (čeleď Asclepiadaceae, tolitovité), která je v tradičním léčitelství používána jako expektorans, antitusikum a náhražka lékořice, bylo identifikováno 18 glykosidů odvozených od stejného polyoxypregnanového aglykonu (telosmosidy A1-A18). Jedenáct z nich je sladkých, jeden hořký (telosmosid A2) a šest je bez chuti. Nejvíce zastoupený telosmosid A15 je 1000krát sladší než sacharosa. Jeho sumární vzorec je C68H113O28, kromě aglykonu obsahu-

2

R O AcO OH OH 1

R O

H

E959

je ve své molekule cymarosu, oleandrosu, digitoxosu, 6-deoxy-3-O-methylallosu a D-glukosu. Z lodyh telosmy byl izolován ve výtěžku přes 1 %. Sladivost minoritních telosmosidů A8-A14 a A16-A18 nebyla přesně stanovena76.

H HO

Pozn.

telosmosidy A1-A18 41

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

(1995). 14. Assadi-Porter F. M., Aceti D. J., Cheng H., Markley J. L.: Arch. Biochem. Biophys. 376, 252 (2000). 15. Lamphear B. J., Barker D. K., Brooks C. A., Delaney D. E., Lane J. R., Beifuss K., Love R., Thompson K., Mayor J., Clough R., Harkey R., Poage M., Drees C., Horn M. E., Streatfield S. J., Nikolov Z., Woodard S. L., Hood E. E., Jilka J. M., Howard J. A.: Plant. Biotechnol. J. 3, 103 (2005). 16. Van der Wel H., Larson G., Hladik A., Hladik C. M., Hellekant G., Glaser D.: Rhoon, Neth. Chemical Senses 14, 75 (1989); Chem. Abstr. 110, 171932 (1989). 17. Kant R.: Nutrition J. 4, 5 (2005). 18. Nirasawa S., Liu X., Nishino T., Katahira M., Uesugi S., Hu Z., Kurihara Y.: Eur. J. Biochem. 223, 989 (1994). 19. Nirasawa S., Liu X., Nishino T., Kurihara Y.: Biochim. Biophys. Acta 1202, 277 (1993). 20. Yamashita H., Theeraslip P., Aiuchi T., Nakaya K., Nakamura Y., Kurihara Y.: J. Biol. Chem. 265, 15770 (1990). 21. Shirasuka Y., Nakajima K., Asakura T.: Biosci. Biotechnol. Biochem. 68, 1403 (2004). 22. Suzuki M., Kurimoto E., Nirasawa S., Masuda Y., Hori K., Kurihara Y., Shimba N., Kawai M., Suzuki E. I., Kato K.: FEBS Lett. 573, 135 (2004). 23. Barre A., VanDamme E. J. M., Peumans W. J., Rouge P.: Plant Molec. Biol. 33, 691 (1997). 24. Masuda T., Ueno Y., Kitabatake N.: J. Agric. Food. Chem. 49, 4937 (2001). 25. Antonenko S., Zanetti M.: Life Sci. 55, 1187 (1994). 26. Nakajo S., Akabane T., Nakaya K., Nakamura Y., Kurihara Y.: Biochim. Biophys. Acta 1118, 293 (1992). 27. Suami T., Hough L., Machinami T., Watanabe N.: Food Chem. 56, 275 (1996). 28. Jin Z., Danilova V., Assadi-Porter F. M., Aceti D. J., Markley J. L., Hellekant G.: FEBS Lett. 544, 33 (2003). 29. Masuda T., Ide N., Kitabatake N.: Chem. Senses 30, 667 (2005). 30. Vleggaar R., Ackerman L. G. J., Steyn P. S.: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1992, 3095. 31. Bassoli A., Borgonovo G., Busnelli G., Morini G., Drew M. G. B.: Eur. J. Org. Chem. 2005, 1652. 32. Uher M., Wojtowicz H.: Wiadom. Chem. 57, 505 (2003). 33. Compadre C. M., Pezzuto J. M., Kinghorn A. D., Kamath S. K.: Science 227, 417 (1985). 34. Kaneda N., Lee I. S., Gupta M. P., Soejarto D. D., Kinghorn A. D.: J. Nat. Prod. 55, 1136 (1992). 35. Compadre C. M., Robbins E. F., Kinghorn A. D.: J. Ethnopharmacol. 1986, 1589. 36. Kinghorn A. D., Soejarto D. D.: Pure Appl. Chem. 74, 1169 (2002). 37. Chung M. S., Kim N. C., Long L., Shamon L., Ahmad W. Y., Sagrero-Nieves L., Kardono L. B. S., Kennelly E. J., Pezzuto J. M., Soejarto D. D., Kinghorn D.

D.: Phytochem. Anal. 8, 49 (1997). 38. http://www.uni-hohenheim.de/~www440/VTP/stevia/ B0/B5 (staženo 15.2.2006). 39. http://www.cfsan.fda.gov/~dms/fdsugar.html (staženo 15.2.2006). 40. Geuns J. M. C.: Phytochemistry 64, 913 (2003). 41. Dyrskog S. E., Jeppesen P. B., Colombo M., Abudula R., Hermansen K.: Metabolism 54, 1181 (2005). 42. Chang J. C., Wu M. C., Liu I. M., Cheng J. T.: Horm. Metab. Res. 37, 610 (2005). 43. http://www.cfsan.fda.gov/~dms/fdsugar.html (staženo 15.2.2006). 44. http://www.fda.gov/ (staženo 15.2.2006). 45. Abudula R., Jeppesen P. B., Rolfsen S. E. D., Xiao J. Z., Hermansen K.: Metabolism Clin. Exp. 53, 1378 (2004). 46. Ohtani K., Aikawa Y., Kasai R., Chou W. H., Yamasaki K., Tanaka O.: Phytochemistry 31, 1553 (1992). 47. Kinghorn A. D., Soejarto D. D., Nanayakkara N. P., Compadre C. M., Makapugay H. C., Hovanec-Brown J. M., Medon P. J., Kamath S. K.: J. Nat. Prod. 47, 439 (1984). 48. Fullas F., Hussain R. A., Bordas E., Pezzuto J. M., Soejarto D. D., Kinghorn A. D.: Tetrahedron 47, 8515 (1991). 49. Katagiri M., Ohtani K., Kasai R., Yamasaki K., Yang C.-R., Tanaka O.: Phytochemistry 35, 439 (1994). 50. Stormer F. C., Reistad R., Alexander J.: Food Chem. Toxic. 31, 303 (1993). 51. Kinghorn A. D., Kaneda N., Baek N. I., Soejarto D. D.: Med. Res. Rev. 18, 347 (1980). 52. Kenelly E. J., Cai L., Long L., Shamon L., Zaw K., Zhou B. N., Pezzuto J. M., Kinghorn A. D.: J. Agric. Food Chem. 43, 2602 (1995). 53. Lin J.Y., Lee T.C., Hu S.T., Tung T.C.: Toxicon 19, 41 (1981). 54. Lin J. Y., Lee T. C., Hu S. T., Tung T. C.: Toxicon 19, 41 (1981). 55. Suttsiri R., Chung M. S., Kinghorn A. D., Sticher O., Hashimoto Y.: Phytochemistry 34, 405 (1993). 56. Kinghorn A. D., Kaneda N., Baek N. I., Kennelly E. J., Soejarto D. D.: Med. Res. Rev. 18, 347 (1998). 57. Kinghorn A. D., Sojearto D. D.: Pure Appl. Chem. 74, 1169 (2002). 58. http://www.hort.purdue.edu/newcrop/articles/ momordica%20swingle.html (staženo 8.2.2006). 59. Chen J. C., Chiu M. H., Nie R. L., Cordell G. A., Qiu S. X.: Nat. Prod. Rep. 22, 386 (2005). 60. Hossen M. A., Shinmel Y., Jiang S., Takubo M., Tsumuro T., Murata Y., Sugiura M., Kamei C.: Biol. Pharm. Bull. 28, 238 (2005). 61. Takasaki M., Konoshima T., Murata Y., Sugiura M., Nishino H., Tokuda H., Matsumoto K., Kasai R., Yamasaki K.: Cancer Lett. 198, 37 (2003). 62. Kasai R., Matsumoto K., Nie R. L., Morita T., Awazu A., Zhou J., Tanaka O.: Phytochemistry 26, 1371 (1987). 63. Kubo H., Ohtani K., Kasai R., Yamasaki K., Nie R. 42

Chem. Listy 101, 44−54 (2007)

L., Tanaka O.: Phytochemistry 41, 1169 (1996). 64. Baek N. I., Chung M. S., Shamon L., Kardono L. B. S., Tsauri S., Padmawinata K., Pezzuto J. M., Soejarto D. D., Kinghorn A. D.: J. Nat. Prod. 56, 1532 (1993). 65. Gao F., Wang H., Mabry T. J., Kinghorn A. D.: Phytochemistry 29, 2865 (1990). 66. Nanayakkara N. P. D., Hussain R. A., Pezzuto J. M., Soejarto D. D., Kinghorn A. D.: J. Med. Chem. 31, 1250 (1988). 67. Bohlmann F., Zdero C., Grenz M., Dhar A. K., Robinson H., King R. M.: Phytochemistry 20, 281 (1981). 68. Grande M., Piera F., Cuenca A., Torres P., Bellido I. S.: Planta Med. 51, 414 (1985). 69. Horowitz R. M., Gentili B.: U.S. Patent 3,087,821 (1963). 70. Tomás-Barberán F. A., Borrego F., Ferreres F., Lindley M. G.: Food Chem. 52, 263 (1995). 71. Jizba J., Dolejš L., Herout V., Šorm F., Felhaber H. W., Snatzke F., Tschesche R., Wulff G.: Chem. Ber. 104, 837 (1971). 72. Havel M., Černý V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 40, 1579 (1975). 73. Yamada H., Nishizawa M., Ktayama C.: Tehahedron Lett. 33, 4009 (1992). 74. Yamada H., Nishizawa M., Ktayama C.: Tehahedron

Lett. 33, 4009 (1992). 75. Kim J. W., Kinghorn A. D.: Phytochemistry 28, 1225 (1989). 76. Huan V. D., Ohtani K., Ksai R., Yamasaki K., Tuu N. V.: Chem. Pharm. Bull. 49, 453 (2001).

O. Lapčíka, J. Čopíkováb, M. Uherc, J. Moravcováa, and P. Drašara,d (a Department of Chemistry of Natural Compounds, b Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, c Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak Technical University, Bratislava, d Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague): Sweet Non-saccharide Natural Compounds A brief survey of sweet non-saccharide natural compounds aims to show their importance and to contribute to the knowledge of the biodiversity of secondary metabolites, which can be utilized in food and pharmaceutical industry. The beauty and biodiversity of the compounds are illustrated.

43

Chem. Listy 100, 778−783 (2006)

CUKERNÁ NESACHAROSOVÁ SLADIDLA A PŘÍBUZNÉ LÁTKY

JANA ČOPÍKOVÁa, OLDŘICH LAPČÍKb, MICHAL UHERc, JITKA MORAVCOVÁb a PAVEL DRAŠARb,d

144 milionů tun a jen malá část slouží jako chemická surovina2. Spotřeba cukru se ve vyspělých zemích pohybuje od 30 do 50 kg na osobu ročně1 a v České republice kolísá kolem 40 kg na osobu a rok, což je jedna z nejvyšších spotřeb v Evropě2. V Evropské unii má být výroba cukru od 1. července 2006 regulována3. Sacharosa je v potravinách nahrazována v podstatě ze tří důvodů, zaprvé je to snaha snižovat energetickou hodnotu potravin, zadruhé snaha vyhovět požadavkům na dostupnost potravin, které nezpůsobují kazivost zubů4, a zatřetí, což je skutečně důležité, potřeba zásobovat trh potravinami vhodnými pro diabetiky. Protože složení neboli receptury potravinářských výrobků a doma připravených potravin obsahujících sacharosu mají více jak dvousetletou tradici, nelze sacharosu vždy jednoduše nahradit. Složitost tohoto úkolu může být ilustrována například na rozdílech v chuti a tržních úspěších týchž značek nealkoholických nápojů, které však jsou vyráběny v různých oblastech, kde se liší cena a dostupnost jiných průmyslových sladidel.

a

Ústav chemie a technologie sacharidů, FBPT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Ústav chemie přírodních látek, FBPT, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6, c Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, d Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Flemingovo nám. 2, 166 10 Praha 6 Došlo 14.3.06, přijato 3.5.06.

Klíčová slova: sladidlo, přírodní sladidlo, přídatná látka, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Úvod Přírodní sladidla podle české legislativy Alditoly Fruktany a fruktooligosacharidy Invertní cukr a med Nový produkt se sladkou chutí − Shugr Závěr

2. Přírodní sladidla podle české legislativy Podle legislativy České republiky5 se „druh přírodní sladidla“ dělí do tří skupin, mezi které patří např. cukr extra bílý, bílý a polobílý, tekuté výrobky z cukru, a samostatnou třetí skupinu tvoří „dextróza, fruktóza a glukózový sirup“. Dextróza je D-glukosa; glukosový sirup, v české odborné literatuře nazývaný škrobový sirup, je produkt částečné kyselé hydrolýzy škrobu. Škrobový sirup obsahuje 20 % D-glukosy vedle řady jejích oligomerů. Při výrobě potravin se uplatňuje další produkt, získaný enzymovou hydrolýzou škrobu, obsahující téměř 50 % maltosy; má nízký obsah D-glukosy a zbytek sušiny tvoří oligomery

1. Úvod V článku používaný termín „sladidlo“ se váže na látky komerčně (a legálně) používané jako potraviny a pomocné nebo přídatné látky. Typickým zástupcem je sacharosa, pro kterou známe legislativní a obchodní termín cukr bílý a která je důležitou potravinářskou a průmyslovou surovinou a zároveň i potravinou. Sacharosa dodává potravinám příjemnou sladkou chuť, na kterou jsme zvyklí, je součástí hmoty potravin, přispívá k jejich energetické hodnotě a při potravinářských nebo kulinářských procesech podléhá hydrolýze, karamelizaci a Maillardově reakci. Produkty těchto reakcí přispívají k vůni, barvě a chuti potravin. Sacharosa má dlouhou historii; její hlavní rozvoj však nastal díky pěstování třtiny (Saccharum officinarum L.) v Americe, z níž se do Evropy dovážel hlavně surový cukr, který byl zde dále rafinován. Během blokády přístavů za napoleonských válek se v Evropě rozšířilo pěstování cukrové řepy (Beta vulgaris L.), a tím se sacharosa začala po celé Evropě1 vyrábět z řepy. Cukr bílý je komodita, se kterou se obchoduje na burze, a ročně se ho vyrobí kolem

HO HO

OH

O

HO

O OH

O OH

HO

sacharosa β-D-Fruf-(2→1)-α-D-Glcp

OH

β-D-fruktofuranosa

O HO HO

OH O OH HO HO

44

OH

α-D-glukopyranosa

OH OH OH

Chem. Listy 100, 778−783 (2006) O

HO HO

O

O OH

HO HO

HO

D-mannitol

OH

OH

O

OH OH OH

maltosa α-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp

OH OH

HO

HO

OH OH

HO

OH

O

OH OH

HO OH

D-glukosy.

Tento produkt se nazývá maltosový sirup. Oba komerční produkty jsou dodávány s obsahem 80 % sušiny. Pokud glukosový sirup obsahuje více než 5 % D-fruktosy, je dle legislativy označován jako glukózo-fruktózový sirup. Mezi přírodní sladidla v české legislativě není zahrnuta isoglukosa, což je sladidlo, které se vyrábí enzymovou isomerací D-glukosy vzniklé hydrolýzou škrobu6. Isomerací D-glukosy se získá produkt, který může obsahovat 42 až 55 % D-fruktosy. Isoglukosa s obsahem D-fruktosy 42 % má stejnou sladivost jako sacharosa. Produkt se sušinou kolem 80 % podléhá stejným regulačním pravidlům jako cukr7,8.

OH OH

HO

OH

O HO

maltitol α-D-Glcp-(1→4)-D-Glc-ol

O

OH

HO HO

OH

HO

HO

OH

OH OH DL-xylitol

laktitol β-D-Galp-(1→4)-D-Glc-ol OH OH

HO

HO OH OH OH

3. Alditoly

D-glucitol

Vyhláška č.431/2005 ze sbírky zákonů, částka 148, určuje přídatné látky, které se mohou při výrobě potravin používat9. Mezi tyto přídatné látky patří také alditoly, které v určitých případech mohou nahrazovat přírodní sladidla. Jsou to D-glucitol (nazývaný též v praxi sorbitol, sorbit a sorbitolový sirup; E 420), D-mannitol (E 421), isomalt (E953), maltitol a maltitolový sirup (E 965), laktitol (E 966) a DL-xylitol (E 967). Podle vyčerpávající zprávy komise BCC C-230 z roku 2000/2001 se ve světě vyrábí kolem 1,4 milonů tun polyolů, D-glucitol tvoří 48 % výroby, DL-xylitol 12 %, D-mannitol 11 % a maltitol 10 % (cit.10,11). Z přehledu fyzikálních vlastností legislativou povolených alditolů (tab. I) vyplývá, že jejich sladivost je většinou nižší ve srovnání se sacharosou. Dále mají vyšší endotermní rozpouštěcí entalpii, což při požití vyvolává chladivý pocit v ústech. Z hlediska technologického je důležité, že roztoky alditolů mají ve srovnání s roztoky sacharosy při stejné koncentraci vyšší bod varu a z hlediska zdravotního je důležité, že mají laxativní účinky a nejsou kariogenní. Alditoly jsou v lidském těle fermentovány v tlustém střevě, kdy vznikají nižší mastné kyseliny, a tudíž mají určitou nízkou energetickou hodnotu. Všechny uvedené alditoly se vyrábějí průmyslově katalytickou redukcí příslušné aldosy, případně ketosy. Surovinou pro D-glucitol a maltitol je hydrolyzát škrobu

HO

(sorbitol)

HO O

O

OH

O

HO OH

OH

OH

laktosa β-D-Galp-(1→4)-D-Glcp

nebo sacharosy. Hydrolýzou sacharosy vzniká ekvimolární směs D-glukosy a D-fruktosy10,11. Tyto monosacharidy je možné rozdělit chromatograficky a D-glukosu zredukovat na D-glucitol. Redukcí D-fruktosy vzniká ekvimolární směs D-glucitolu a D-mannitolu a z této směsi lze opět chromatograficky získat oba alditoly nebo v některých aplikacích je možné použít i jejich směs. D-Glucitol se vyrábí od roku 1950 v krystalické formě nebo jako sirup. Tekutá forma se uplatňuje především v recepturách zubních past a je surovinou při výrobě vitaminu C. Krystalický D-glucitol se používá především v potravinářství, je součástí cukrovinek, diabetického pečiva, konzervárenských výrobků a navíc se využívá jeho schopnost zvyšovat množství vody*, která je k dispozici v potravinovém substrátu a není chemicky vázána v pevném produktu12, tj. působit jako zvlhčovalo (alditoly snižují aktivitu vody, tedy výrobek nevysýchá a nejvíce se činí DL-xylitol, avšak kvůli ceně se používá D-glucitol). D-Mannitol, jehož produkce je nízká, má použití jako excipient ve farmacii. Maltitol se vyrábí zejména ve formě sirupu, který se používá

*

Pro vodu, která je k dispozici v potravinovém substrátu a není chemicky vázána, byl zaveden termín aktivita vody se zkratkou aw. Aktivita vody je definována jako poměr tlaku vodní páry potraviny k tlaku páry destilované vody při určité teplotě. Hodnoty aktivity vody se pohybují v rozmezí od 0,00 (suchá látka) do1,0 (destilovaná voda). Potraviny se podle aw dělí na tři velké skupiny: potraviny velmi vlhké (HMF – high moisture foods) s aw 1,00−0,90; středně vlhké (IMF – intermediate mouisture foods) s aw 0,90−0,60 a suché (LMF – low moisture foods) s aw < 0,60. 45

Chem. Listy 100, 778−783 (2006)

Tabulka I Fyzikální vlastnosti sacharosy a vybraných alditolů40,41 Alditol

Relativní Energetická sladivost hodnota a [kJ g−1] 1 17

Sacharosa

LT b [g/den)

Rozpustnost při 25 °C [g/100 g H2O]

Rozpouštěcí entalpie [J g−1]

> 100

185

−18

160−186 99−101

střední

Teplota tání Hygroskopicita [°C] nízká

D-Glucitol

0,6

10

50

235

−111

D-Mannitol

0,5

10

20

22

−121

165−169

velmi nízká

Maltitol

0,9

10

60−90

175

−23

144−147

nízká

1

10

50−90

200

−153

92−95

vysoká

0,3−0,4 0,4

10

20−50

140

−58

95−101

nízká

10

−39

145−150

velmi nízká

0,6−0,7

50−70 125

39

0

61

−180

119−123

velmi nízká

Xylitol Laktitol ⋅ H2O Isomalt Erythritol a

Vztaženo na sacharosu, b LT, tj. „Laxation treshold“ − maximální doporučená denní dávka na osobu

do receptur různých potravin, a v práškové formě je surovinou do čokolád. D-Xylitol se vyrábí redukcí D-xylosy, která se získá hydrolýzou hemicelulos bohatých na D-xylosu, např. ze dřeva břízy nebo kukuřičného šustí10,11. Díky vysoké hodnotě endotermní rozpouštěcí entalpie se D-xylitol používá

ve žvýkačkách, kde se tato jeho vlastnost vhodně doplňuje s chladivým účinkem aromatických kompozic13−20. Laktosa se izoluje ze syrovátky ultrafiltrací nebo ionexovou chromatografií21−23 a její redukcí se získá laktitol24,25. Laktitol má uplatnění v mléčných výrobcích a je cukernou složkou diabetických mléčných čokolád; je též používaný při léčení hepatické encefalopatie. Z laktosy se m.j. připravují i prebiotické galaktooligosacharidy26. Nejmladším alditolem, který je povolen v Evropské unii a je směsí dvou látek, je palatinit27−30. Jeho obchodní název v potravinářství je izomalt a ve farmacii29 galenIQTM. Při jeho výrobě je sacharosa pomocí enzymu glykosyltransferasy transformována na palatinosu (isomaltulosa, 6-O-α-D-glukopyranosyl-D-fruktosa), která je potom redukována na palatinit (isomalt), což je ekvimolární směs 1-O-α-D-glukopyranosyl-D-mannitolu a 6-O-α-D-glukopyranosyl-D-glucitolu. Isomalt je surovinou do cukrovinek a dalších sladkých potravin31. V České republice zatím není povolen erythritol, který se vyrábí fermentací roztoků D-glukosy32−36. Na rozdíl od ostatních alditolů erythritol díky malé molekule prochází stěnou tenkého střeva a je z organismu vylučován močí37. Erythritol je povolen v USA a Japonsku, Evropská unie doposud pouze publikovala studii, kde se používání erythritolu doporučuje38.

HO OH

O

HO

O

O

HO

OH OH

OH OH

isomaltulosa α-D-Glcp-(1→6)-D-Fruf HO HO

O O

HO

OH OH OH

OH OH OH

1-O-α-D-glukopyranosyl-D-mannitol α-D-Glcp-(1→1)-D-Man-ol

HO HO

HO

OH

HO HO

O O HO

HO

erythritol

Kromě vyjmenovaných alditolů, což jsou definované chemické sloučeniny, se ještě vyrábí sirupy nebo jejich sušené produkty, které vznikly redukcí směsi oligosacharidů, případně polysacharidů s nižší molekulovou hmotností. Jsou to redukované škrobové hydrolyzáty, jako např. maltodextriny nebo redukované fruktany39.

HO OH

OH OH OH

6-O-α-D-glukopyranosyl-D-glucitol α-D-Glcp-(1→6)-D-Glc-ol 46

Chem. Listy 100, 778−783 (2006)

Světový trh je alditoly v podstatě nasycen a s výjimkou isomaltu se očekává malý růst produkce. Historicky má průmysl alditolů své kořeny v Evropě, která nemohla soutěžit s výrobou škrobu z kukuřice v USA. Proto řada velkých výrobců alditolů má své sídlo v Evropě, i když v současné době dochází k velkým akvizicím. Mezi největší výrobce alditolů patří společnosti jako jsou Cerestar (Belgie), Roquette Frères (Francie) a SPI Polyols (USA). Hlavním výrobcem laktitolu je Danisco (Dánsko) a isomaltu doposud Südzucker (NSR), kterému na tento produkt skončil patent, a tudíž začíná být vyráběn například společností Cerestar. Jako ve všech odvětvích průmyslu, je očekáván velký růst výroby alditolů v Číně, i když doposud produkce základních potravinářských komodit nedostačuje požadavkům obyvatelstva11.

novat s povolenými přídatnými látkami jako jsou Acesulfam K nebo Aspartam. Světovými výrobci inulinu, jeho hydrolyzátů a případně derivátů jsou např. společnosti Orafti Group (Belgie)42 a Cargill (USA)46.

5. Invertní cukr a med Invertní cukr je směs 50 % D-glukosy a 50 % D-fruktosy, která se vyrábí průmyslově a může se připravovat i v domácnostech. Využívá se buď kyselé nebo enzymové hydrolýzy sacharosy10,11. Pro svůj obsah D-fruktosy je poněkud sladší než sacharosa a to asi 1,5krát. Tekuté invertní cukry, ve kterých je sacharosa hydrolyzována jen částečně5, se používají kromě slazení i jako zvlhčovadla. V přírodním medu je nejvíce zastoupena47 D-fruktosa (38 %) a D-glukosa (30 %), přičemž celkový obsah redukujících cukrů je zhruba 77 %. Dále med obsahuje do 1 % sacharosy, až 6 % tvoří další disacharidy, jako maltosa (4-O-α-D-glukopyranosyl-D-glukosa), kojibiosa (2-O-α-D-glukopyranosyl-D-glukosa), turanosa (3-O-α-D-glukopyranosyl-α-

4. Fruktany a fruktooligosacharidy Inulin je zásobním polysacharidem mnoha rostlin, například se nachází v cibulích tulipánů a narcisů, artyčocích, juce, avšak jeho průmyslovým zdrojem je hlavně čekanka. Inulin je polysacharid, který obsahuje převážně D-fruktosu, terminální jednotkou je D-glukosa a jeho stupeň polymerizace bývá udáván n ≤ 140. Fruktosové jednotky jsou spojeny glykosidovými vazbami (1→2)-β. Hydrolýzou inulinu se získá směs nižších oligomerů, které se nazývají fruktooligosacharidy (FOS). Inulin a jeho nižší oligomery se uplatňují jako prebiotika, tj. příznivě ovlivňují střevní mikrofloru, a zároveň se nižší oligomery používají jako diabetická sladidla42,43. Kromě toho je možné získat směs nižších oligomerů fermentačním procesem44 a vzniklé oligomery pak mají stejné uplatnění jako oligomery vzniklé hydrolýzou inulinu. Obchodní směs s obvyklým stupněm polymerizace n = 3 až 5 je často nazývána Neosugar, Actilight nebo může mít název Raftilosa, obsahuje zejména kestosu (n = 0), nystosu (n = 1) a fruktosylnystosu (n = 2)42,45,50. Tyto obchodní směsi mají sladivost kolem 50 % v porovnání se sacharosou a mohou se kombi-

HO

n

O OH

O

OH

O

HO

OH

O HO

OH

turanosa α-Glcp-(1→3)-D-Fruf OH O OH O

HO

HO

OH

O

O

OH OH

HO

HO O HO

O

OH

O

O

HO

HO

HO

kojibiosa α-D-Glcp-(1→2)-D-Glcp

HO

O

HO O OH

HO

HO

OH OH

HO

HO

O OH OH

OH

OH

OH

isomaltosa α-D-Glcp-(1→6)-D-Glcp

OH

HO

O

OH

HO

OH

OH

O

HO OH

inulin, n ≤ 140

O

O

OH

OH OH

maltulosa α-D-Glcp-(1→4)-D-Fruf

β-D-Fruf -(2-->1)-[β-D-Fruf -(2-->1)]n-β-D-Fruf -(2<-->1)-α-D-Glcp 47

Chem. Listy 100, 778−783 (2006) HO O

O

HO

OH OH

O

O

HO OH

HO

OH

OH

OH

O HO

OH

OH

HO OH

O

OH

α-D-tagatofuranosa

erlosa α-D-Glcp-(1→4)[β-D-Fruf-(2→1)]-α-D-Glcp

HO Cl

HO HO

HO O

HO

HO

Cl

HO

OH

OH O HO

HO

O

sukralosa

O

O HO

Cl O

OH

O

HO

O

furanosyl)-4-chlor-4-deoxy-α-D-galaktopyranosid; 4,1’,6’-trichlor-4,1’,6’-trideoxygalaktosacharosa)], čímž přívlastek „přírodní“ ztrácí svůj přírodní lesk. A to i kdybychom vzali maltodextrin, který reklama citlivě označuje jako „pocházející z kukuřičného škrobu“, za surovinu „přírodní“. Je vcelku logické, že shugr má potravinářské označení GRAS (Generally Recognized as Safe) od FDA (U.S. Food & Drug Administration). Shugr, i proto, že se dávkuje 1:1 ve srovnání se sacharosou, je zatím poněkud drahý; stojí v maloobchodě (USA) asi 1000 Kč kg−1.

OH

OH

theanderosa α-D-Glcp-(1→6)[β-D-Fruf-(2→1)]-α-D-Glcp HO HO

O O

HO

O HO

OH

HO O

OH O HO OH

HO

7. Závěr

OH

panosa α-D-Glcp-(1→6)-α-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp

Nahlédnutí do nepřeberného hájemství sekundárních metabolitů je drobnou pomůckou, která může být významná pro potravinářského, farmaceutického, či kteréhokoliv chemika, neboť může napomoci širšímu využití citovaných látek v rámci „obnovitelných zdrojů“ zelené chemie. Výčet používaných sladkých látek zde uvedených je nutno brát jako ukázku několika zajímavých příkladů ilustrující nepřebernou krásu chemie přírodních látek, které mohou být považovány za typické příklady, a nikoli jako vyčerpávající přehled tak, jak se započatá série článků, zamýšlená m.j. i jako učební pomůcky začíná rozvíjet51. Pro další informace odkazujeme na uvedené literární zdroje.

-D-fruktosa), isomaltosa (6-O-α-D-glukopyranosyl-D-glukosa), a maltulosa (4-O-α-D-glukopyranosyl-D-fruktosa). Dále může obsahovat až 4 % oligosacharidů, jako například erlosy, theanderosy a panosy48. Invertní cukr se za med nesmí vydávat a nesmí se jím med5 ani porušovat.

6. Nový produkt se sladkou chutí − Shugr

Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305. Autoři dále děkují doc. Ing. Karlu Kefurtovi, CSc. za cenné názvoslovné konzultace.

Zajímavý je relativně nový produkt uvedený na trh v roce 2005 firmou Swiss Research, divize Health Sciences Group49, a který je nazván „shugr“. Je označován jako přírodní (či 99,5 % přírodní) sladidlo, které chutná a je pociťováno v ústech stejně jako třtinový cukr a nemá žádný dodatečný chuťový podtón (aftertaste). Z potravinářského hlediska je hodnocen jako nekalorické sladidlo a je údajně možno s ním vařit a péci jako s cukrem, včetně kynutí, hnědnutí a karamelizace. Shugr se vyrábí jako patentovaná směs erythritolu, maltodextrinu, D-tagatosy s přídavkem malého množství (méně než 0,005 g na čajovou lžičku) sukralosy50 [(1,6-dichlor-1,6-dideoxy-β-D-frukto-

LITERATURA 1. http://www.fao.org (staženo 5.4.2006). 2. http://www.spolvyziva.cz/zprava_o_vyzive/ zprava_4.php (staženo 5.4.2006). 3. http://ec.europa.eu/agriculture/capreform/sugar/ index_en.htm (staženo 5.4.2006). 4. Hamilton-Miller J. M. T.: J. Med. Microbiol. 50, 299

48

Chem. Listy 100, 778−783 (2006)

34. Sasaki T., Kasumi T., Kubo N., Kainuma K., Wako K., Ishizuka H., Kawaguchi G., Oda T.: US Patent 4939091 (1990). 35. Abe S., Satoshi M.: US Patent 5902739 (1990). 36. Lin S.-J., Wen C.-Y., Hsu W.-H., Liou G.-Y., Chu W.-S.: US Patent 6448053 (2002). 37. Arrigoni E., Brouns F., Amado R.: British J. Nutr. 94, 643 (2005). 38. http://europa.eu.int/comm/food/fs/sc/scf/ out175_en.pdf#search='Erythritol, (staženo 5.4.2006). 39. Vogel M., Kunz M., Kowalczyk J., Munir M.: Eur. Pat. Appl. EP 657106 (1995); US 5585480 (1996). 40. http://www.spipolyols.com/pdfs/ PolyolCompareChart.pdf (staženo 9.4.2006). 41. Bubník Z., Kadlec P., Urban D., Bruhns M.: Sugar Technologists Manual. Bartens, Berlín (1995). 42. http://www.orafti.com/orafti/orafti.nsf/splashcontent? readform (staženo 7.7.2006). 43. http://members.shaw.ca/duncancrow/ inulin_review.html#IIc. (staženo 7.7.2006). 44. Sangeethaa P. T., Ramesha M. N., Prapullaa S. G.: Trends Food Sci. Technol. 16, 442 (2005). 45. http://www.danone-institut.cz/files/2004.03/ (staženo 7.7.2006) 46. http://www.cargill.com/index.htm (staženo 7.7.2006). 47. http://www.nhb.org/foodtech/defdoc.html (staženo 17.4.2006). 48. Crane E. (ed.): Honey: A Comprehensive Survey. Heinemann, London 1975. 49. http://www.shugr.com/ (staženo 17. 4. 2006). 50. Moravcová J.: Chem. Listy 95, 202 (2001). 51. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2005).

(2001). 5. Vyhláška č.76/2003 Sb. částka 32. 6. Weidenbach G., Bonse D., Meyer B.: US Patent 4665025 7. OECD, 2004, OECD Agricultural Outlook: 20042013, OECD, Paris, Glossary 8. http://register.consilium.eu.int/pdf/cs/06/st05/ st05588.cs06.pdf (staženo 7.7.2006). 9. Vyhláška č.431/2005 Sb., částka 148. 10. BCC Research C-230 The Global Market for Polyols, October 2001. 11. Anonym: Int. Sugar J. 104, 352 (2002). 12. http://www.agronavigator.cz/az/vis.aspx?id=76457 (staženo 24.4.2006). 13. http://www.xylitolforyou.com/mission.html (staženo 5.4.2006). 14. http://www.pentosesugar.com/part2-1.html (staženo 5.4.2006). 15. http://www.xylitolworks.com/production.html (staženo 5.4.2006). 16. http://www.xylitol.net/eng/index.php (staženo 5.4.2006). 17. Buckl H., Fahn R., Hofstadt C. E.: DE Patent 3980719 (1971). 18. Melaja A. J., Hamalainen L.: US Patent 4008285 (1977). 19. http://www.tifac.org.in/news/view6.htm (staženo 5.4.2006). 20. http://www.ynhh.org/online/nutrition/advisor/ sugar_alcohol.html (staženo 5.4.2006). 21. Durham R. J., Sleigh R. W., Hourigan J. A.: Australian J. Dairy Techn. 59, 138 (2004). 22. Theoleyre M. A.: FR Patent 2 844 280 A1 (2004). 23. Pederson H. T. Jr.: US Patent 4202909 (1980). 24. Heikkila H., Nygren J., Sarkki M.-L., Gros H., Eroma O.-P., Pearson J., Pepper T.: US Patent 6395893 (2002). 25. Myers C., Heikkilae H., Nikander H., Nurmi J., Nygren J., Perkkalainen P., Pepper T., Pitkaenen I., Valkonen J.: US Patent 6872414 (2005). 26. Rudolfová J., Čurda L.: Chem. Listy 99, 168 (2005). 27. Schiweck H.: Proc. ERGOB Conf. 1978, 138. 28. Bollinger H.: Gordian 5, 92 (1978). 29. http://www.palatinit.com/en/Company/ (staženo 5.4.2006). 30. Duflot P., Fouache C.: US Patent 6204378 (2001). 31. Šmídová I., Čopíková J., Sikora A., Maryška M.: Chem. Listy 98, 142 (2004). 32. Südzucker AG Mannheim/Ochsenfurt: EU patent 0625578, viz: http://legal.european-patent-office.org/ dg3/pdf/t000737du1.pdf (staženo 5.4.2006). 33. Horikita H., Hattori N., Takagi Y., Kawaguchi G., Maeda T.: US Patent 4923812 (1990).

J . Č o p í k o v á a, O . L a p č í k b, M . U h e r c, J. Moravcováb, and P. Drašarb,d (aDepartment of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, bDepartment of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague, c Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak Technical University, Bratislava, dInstitute of Organic Chemistry and Biochemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague): Non-sucrose Saccharide Sweeteners and Related Compounds A brief survey of the most frequently occurring nonsucrose saccharide sweeteners and related compounds aims to show the importance of this group of compounds, which can be utilised, among others, in food and pharmaceutical industry. The beauty and biodiversity of this group of mostly secondary metabolites are illustrated. The article is also meant for teachers and students.

49

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

NÁHRADNÍ SLADIDLA

JANA ČOPÍKOVÁa, JITKA MORAVCOVÁb, ZDENĚK WIMMERb,c, LUBOMÍR OPLETALd, OLDŘICH LAPČÍKb a PAVEL DRAŠARb

závislost jako časovou a nikoliv kauzální, tuto informaci okamžitě uchvátila média a internet, stala se předmětem debat laické veřejnosti a výrobci potravin dokonce přestali přidávat HFSC a vraceli se k sacharose s odůvodněním, že tak jsou jejich výrobky zdravější. Ačkoliv se vědci snažili usměrnit hysterii kolem HFSC logickými argumenty, že obezita roste i v zemích, kde se běžně HFSC nepoužívá, že obezita roste v USA, i když spotřeba HFSC klesla nebo že základními složkami HFSC je sacharosa a fruktosa v poměru zhruba 1:1, a tak je energetický obsah nižší než u samotné sacharosy, škoda už byla vykonána. Tento příklad ještě názorně ukazuje, že vědecké diskuse se neodehrávají ve vakuu, ale že mají velký potenciál mást a znepokojovat laickou veřejnost, čehož by si vědci měli být vědomi16. Jednu skupinu náhradních sladidel tvoří sloučeniny velmi intenzivně sladké, jejichž malé množství nahradí velké množství cukru. Mezi odborníky se nazývají intenzivní nebo nízkokalorická sladidla a laická veřejnost je někdy označuje jako alternativní sladidla. Druhá skupina sladidel zahrnuje látky podobné sladivosti jako má sacharosa, proto se přidávají do potravin a nápojů prakticky v totožném množství; ty jsou označovány obvykle jako objemová sladidla. Tato skupina sladidel obvykle zvyšuje glykémii a zahrnuje spíše přírodní látky a jejich deriváty. Při hodnocení nezávadnosti náhradních sladidel se často používá termín „přijatelná denní dávka“ (ADI, acceptable daily intake), která je definována jako odhadované množství vyjádřené v mg na kg hmotnosti, které lze bezpečně konzumovat každý den po celou dobu života. Tato hodnota představuje jednu setinu maximální dávky, která neměla žádné prokázané účinky při pokusech na zvířatech (NOAEL, non observable adverse effect level). Cílem tohoto přehledu je podat současný pohled zejména na skupinu nízkokalorických náhradních sladidel.

a

Ústav sacharidů a cereálií, b Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, c Ústav experimentální botaniky AV ČR, Izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4, d Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové  [email protected] Došlo 7.8.13, přijato 1.10.13. Klíčová slova: intenzivní sladidlo, potravní doplněk, bezpečnost potravin, toxikologie

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.

Úvod Náhradní sladidla povolená v EU a ostatní Cukr a zdraví Nízkokalorická sladidla a zdraví Závěr

1. Úvod V naší sérii článků1–10 o přírodních látkách rozmanitých vlastností jsme se již několikrát zabývali látkami sladkými11–13. Zajímali jsme se o ně víceméně z akademického hlediska, které dnes doplňujeme o obrázek náhradních sladidel z pohledu chemie potravinářské a bezpečnosti potravin tak, jak se sluší na naše mateřské pracoviště. Potraviny a nápoje se sníženým obsahem cukru jsou celosvětově velmi populární a jejich konzumace je považována za důležitou v boji proti obezitě a cukrovce. Lidé si je také často vybírají, protože si chtějí užívat sladkou chuť, aniž by byli ohroženi tvorbou zubního kazu. Současně s tím ale vzrůstá zájem veřejnosti o jejich možné negativní vlivy na lidské zdraví, kde internet bohužel plní roli bohatého zdroje poplašných a falešných zpráv. K těmto zprávám někdy přispívají nechtěně i odborné články. Příkladem z poslední doby je kauza „kukuřičný sirup s vysokým obsahem fruktosy“ (HFSC)14. V roce 2004 byla publikována práce, ve které autoři uvádějí15, že může existovat časová závislost mezi spotřebou HFSC a epidemií obezity v USA v letech 1985 až 2000. I když sami definovali tuto

2. Náhradní sladidla povolená v zemích EU a ostatní Celosvětová spotřeba náhradních sladidel stoupá (tab. I). Evropská unie povoluje a reguluje obsah náhradních sladidel v potravinách; v současné době je mezi přídatnými látkami registrováno 16 náhradních sladidel (tab. II a III). Řada sladidel jinde běžně používaných doposud není pro evropské trhy povolená, což může být způsobeno silnou cukrovarnickou lobby, která by mohla blokovat uvedení sladidel na trh, může jít jen o liknavost úředního molocha, ale i o snahu výrobců současných sladidel chránit svoje obchodní zájmy. Tak zatím nenajdeme rebaudiosid A, tagatosu (Naturlose), trehalosu, alitam, brazzein, glycylrrhizin nebo mogrosidy (Luo Han Guo; Ne50

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

Tabulka I Celosvětová spotřeba nízkokalorických sladidel17 Sladidlo

Sacharin Aspartam Cyklamát Ostatní

ctresse). Existují i sladidla, která mají místní historický význam, jako je med, javorový (javor cukrový – Acer saccharum a některé další druhy javorů), čirokový (amer.: sorghum; čirok cukrový – Sorghum vulgare var. saccharatum), palmový (arenga cukrodárná – Arenga saccharifera, lontar vějířový – Borassus flabellifer, palma olejná – Elaeis guineensis, nypa křovitá – Nipa fruticans a některé další), rýžový (rýže setá – Oryza sativa) a kokosový sirup (kokosovník ořechoplodý – Cocos nucifera), ztuhlá míza rostlin – mana (jasan manový – Fraxinus ornus), melasa a další, která se používají bez ohledu na názor úřední autority (tab. IV). Pro zvídavé čtenáře je k dispozici řada užitečných zdrojů, z nichž poukazujeme na recentní příručky18–23.

Spotřeba vyjádřená jako náhrada sacharosy [mil. t] 1985 1995 2005 5,3 8,1 11 1,2 2,2 4,1 0,5 0,5 1,3 0,005 0,3 0,5

Tabulka II Nízkokalorická sladidla povolená v EU24,25 Sladidlo

Acesulfam-K Aspartam Cyklamát Sacharin Sukralosa Thaumatin Neohesperidin dihydrochalkon Steviol-glykosid Neotam Aspartam-acesulfam a

ADIb

Maximální dávkab

E950 E951 E952 E954

Sladivost ve srovnání se sacharosoua 200 180–200 30 300–500

9 40 7 5

250–2000 25–6000 250–2500 80–3000

E955 E957 E959

600 2000–3000 1900

15 nestanoveno 5

50–3000 50–400 10–400

E960 E961 E962

200–300 7000–13000 350

4 2 9

25–2500

Obchodní název

Symbol E

Sunett, Sweet One Nutrasweet, Equal Clio, Kandisin, Dukaril, Spolarin, Sweet’n low, Sweet Twin Splenda Talin NHDC Neo-DHC

Twinsweet

Relativní sladivost může být různá podle druhu nápoje nebo potraviny; b mg/den.kg tělesné hmotnosti

Tabulka III Objemová sladidla povolená v EU Sladidlo Sorbitol a sorbitolový sirup Mannitol Isomalt Maltitol a maltitolový syrup Laktitol Xylitol Erythritol Kukuřičný sirup s vysokým obsahem fruktosy a

Obchodní název Glucitol, Dulcin Palatinit Galaktosyl-glucitol Birch sugar HFSC

Relativní sladivost může být různá podle druhu nápoje nebo potraviny 51

Symbol E E420 E421 E953 E965 E966 E967 E968 ---

Sladivost ve srovnání se sacharosoua 0,5–1 0,5–0,7 0,5 0,9–1 0,5 1 0,6–0,8 1

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

Tabulka IV Charakteristické hodnoty sladidel Sladidlo

Sladivosti

Acesulfam-K Agavový sirupa Aspartam Brazzein Cyklamát Čirokový sirupb Dextrosa Erythritol Fruktosa Galaktosa Glukosa HFCS-42

200 1,5 180 1 40 1 0,75 0,65 1,7 0,3 0,75 1,1

Glykemický index 0 15 0 0 0 50 100 1 23 23 100 68

HFCS-55 HFCS-90 HSHc Isomalt Javorový sirupd Kokosový cukre Laktitol Laktosa

1,2 1,6 0,4 0,5 1 1 0,4 0,15

58 31 36 2 54 35 3 45

cal/lžičkaj Sladidlo 0 10 0 0 0 15 21 1 9 53 21 14

LuoHanGuo Maltitol Maltosa Mannitol Med Monellin Neotam Pentadin Sacharin Sacharosa Sirup z hnědé rýžef Sirup z ječmenného sladug Sorbitol Stevia Sukralosa Tagatosa Thaumatin Trehalosa Xylitol Zlatý siruph

13 10 30 17 15 15 20 107

Sladivosti 300 0,9 0,3 0,5 1,1 1,5 8 500 300 1 0,5 0,5 0,55 300 600 0,92 2 0,45 1 1,1

Glykemický cal/lžičkaj index 0 0 35 11 105 53 2 13 50 14 0 0 0 0 0 0 0 0 65 16 25 32 42 32 4 0 0 0 0 70 12 60

19 0 0 7 0 36 10 15

a

Agavový sirup po hydrolýze složitějších cukrů ve šťávě agave (Agave tequilana, A. salmiana, piña) obsahuje hlavně 56 až 92 % D-fruktosy a 8–20 % D-glukosy. b Čirokový sirup obvykle obsahuje kolem 46 % sacharosy, 16 % D-glukosy a 13 % c D-fruktosy, ale i kolem 3 % tuků a 10 % proteinů a 2,5 % minerálií. HSH je hydrogenovaný škrobový hydrolyzát (Hydrogenated Starch Hydrolyzate) s vysokým obsahem sorbitolu a maltitolu. d Javorový sirup z javorové mízy obsahuje převážně sacharosu. e Kokosový cukr z mízy kokosové palmy obsahuje převážně sacharosu s příměsí D-fruktosy a D-glukosy. f Sirup z hnědé rýže je fermentovaný a zahuštěný produkt z vařené rýže obsahující 45 % maltosy, 3 % g D-glukosy a 52 % maltotriosy. Sirup z ječmenného sladu se vyrábí z naklíčeného ječmene (sladu) a obsahuje 65 % maltosy, 30 % složitějších sacharidů a 3 % bílkovin. h Zlatý sirup je obchodní název pro zahuštěný produkt po hydrolýze sacharosy, tzv. umělý med. i U sirupů je sladivost přepočtena na sušinu. j Vztaženo na obsah zarovnané čajové lžičky (cca 4 g); jsou použity běžné potravinářské jednotky; přibližný převod na jednotky SI je 1 [cal/lžička] ~ 1 [J/g].

správný design, liší se způsobem zjišťování denního příjmu a dokonce ani termín „cukr“ nemá jednotný význam. To vše vede k nekonzistentním výsledkům, které neumožňují nezpochybnitelné závěry. Přehledový článek z roku 2012 se snaží26 vnést pořádek do toho, co se skrývá pod termínem cukr, a upozorňuje na další možné nedorozumění pramenící z pojmu „přidaný cukr“. Uvádí také obsahy cukrů v základních potravinách a nápojích a výživová doporučení různých zdravotnických organizací. Tak např. Světová zdravotnická organizace (WHO, World Health Organisation) doporučuje, že volné cukry (mono- a disacharidy v potravinách, ovocných džusech a v medu) by

3. Cukr a zdraví Cukr je složkou lidské potravy od nepaměti. Podezření, že právě cukr má negativní vliv na lidské zdraví, se po desetiletí stále vrací a v souvislosti s vysokým výskytem civilizačních chorob je právě teď zase na vzestupu. Objevují se názory odborníků, že vysoký příjem cukrů může být odpovědný za tak různé choroby, jako je zubní kaz, obezita a adiposita, kardiovaskulární onemocnění, diabetes, ztučnění jater, některé druhy nádorových onemocnění a hyperaktivita. Bohužel situaci nahrává i to, že epidemiologické a nepočetné klinické studie mají mnohdy ne52

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

čokoládové mléko, aby nebyla zvýšena konzumace tuku; výsledkem bylo, že děti, než by pily neochucené mléko, přestaly ho ve škole pít vůbec34.

měly poskytovat méně než 10 % z energetického příjmu, a pro Českou republiku platí doporučení konzumovat 1–3 čajové lžičky (<15 g) cukru denně. Není proto divu, že se začaly objevovat tzv. metaanalýzy, které pomocí sofistikovaných statistických metod srovnávají výsledky jednotlivých studií publikovaných v odborné literatuře. První z nich zveřejněná27 v roce 2011 analyzovala 3666 studií, z nichž pouhých 53 randomizovaných studií s 1126 účastníky splňovalo definované podmínky výstupů (kontrola hmotnosti, energetického příjmu, hladiny lipidů, glykosylovaného hemoglobinu, markerů insulinové rezistence a glykemické odezvy), věku účastníků nad 16 let a podávání alespoň dvou sladidel po dobu nejméně jednoho týdne. Zásadním nálezem bylo, že náhrada cukrů nízkokalorickými sladidly zejména v nápojích a moučnících může signifikantně zlepšit zdraví. Dále doporučují snížit obsah cukrů ve sladkém pečivu a sušenkách na nejmenší možnou míru a konstatují, že v žádné studii nenalezli negativní účinek HFSC na hladinu cholesterolu. Zřejmě i jako reakci na kauzu HFSC zahájila WHO v lednu 2009 i systematický výzkum literatury s cílem nalézt odpověď na otázku, jaký vliv má zvýšená či snížená konzumace volných cukrů u dospělých a dětí. Jedním z výsledků je rozsáhlá meta-analýza28 z roku 2012, která podle nastavených kritérií vybrala 30 ze 7895 sledování dospělých, kde nebyla striktní kontrola konzumovaných potravin, a 38 z 9445 studií, kde byli účastníci rozděleni podle věku. Vyhodnocovanými parametry byl BMI (Body Mass Index), hmotnost, obsah tělního a podkožního tuku. Z nalezených závislostí je zajímavé, že ve shodě s předchozími přehledy29–32 zjistili, že vysoká konzumace fruktosy je spojena s přírůstkem hmotnosti díky vyššímu příjmu energie a ne s jakýmkoliv metabolickým účinkem tohoto sacharidu. Ve skupině osob s dietou bez omezení zjistili, že snížení příjmu volných cukrů způsobilo snížení hmotnosti v průměru o 0,8 kg za týden a naopak vyšší konzumace způsobila přírůstek hmotnosti 0,75 kg. Tento vliv nebyl ve skupině dětí významný. Konečně, isoenergetická náhrada sacharosy jiným cukrem byla bez vlivu na tělesnou hmotnost. Podobné otázky si kladou autority i v USA a v roce 2010 byla poradní komisí pro výživová doporučení (DGAC, Dietary Guidelines Advisory Committee) aktualizována i doporučení pro konzumaci cukrů. Velice zajímavé a poučné je shrnutí zkušeností DGAC s tím, jak je riskantní vyhodnocovat vztah mezi expozicí a ovlivněním zdraví33. Na příkladu slazených a ochucených nápojů jsou diskutovány otázky přidaného cukru, nekalorických sladidel, typu přijímané potravy (pevná-tekutá) versus změny hmotnosti či vyvolání pocitu nasycenosti. Asi nejcennější je komentář, jak některá dobře míněná doporučení ve skutečnosti zapůsobila opačně, neboť se projevily nezamýšlené důsledky. Jedním příkladem jsou snídaňové cereálie, kde výrobci svědomitě zareagovali na doporučení a částečně nahradili cukr upraveným škrobem. Ve skutečnosti ale energetická vydatnost zůstala stejná, a proto nebyl nalezen žádný pozitivní vliv na redukci hmotnosti34. Jiným příkladem je chování škol, které přestaly pro děti objednávat

4. Nízkokalorická sladidla a zdraví Globální trh s nízkokalorickými sladidly představoval v roce 2010 finanční objem 1146 miliard U$, přičemž 27,9 % zaujímal aspartam, 27,9 % sukralosa, 15,7 % cyklamát, 13,1 % sacharin, 8,7 % stevia-glykosidy, 5,2 % acesulfam K a 1,4 % neotam35. Aspartam Aspartam (methyl ester L--aspartyl-L-fenylalaninu) objevený v roce 1965 je unikátní mezi ostatními intenzivními sladidly, protože je v těle metabolizován na dvě aminokyseliny, aspartát a fenylalanin, a methanol. Tyto metabolické produkty zpracovává tělo stejným způsobem, jako když jsou jejich zdrojem maso, mléko, zelenina a ovoce. Tak např. sklenice odtučněného mléka obsahuje 6krát více fenylalaninu a 13krát více aspartátu a sklenice rajčatového džusu 6krát více methanolu než stejný objem nápoje oslazeného aspartamem. Lidé trpící fenylketonurií, metabolickým onemocněním, které postihuje zhruba jednoho člověka z 15 000, nemohou toto sladidlo používat. Protože jsou u všech novorozenců v posledních 50 letech dělány testy na toto onemocnění, ani tady nehrozí žádné nebezpečí. Je přidáván do žvýkaček, limonád ale i jako balené nekalorické sladidlo „do kávy a čaje“. Roční produkce aspartamu na světě je kolem 30 tisíc tun. V závislosti na pH, zvýšenou teplotou a dlouhodobým skladováním cyklizuje na cykloaspartylfenylalanin diketopiperazin (DKP), který není sladký a z těla je vylučován. Běžným zdrojem DKP je kakao, sýr, proteinové hydrolyzáty nebo pražený slad (roasted malt). Aspartam se proto nehodí na slazení surovin pro potravinářskou výrobu, ani na výrobu produktů s prodlouženou trvanlivostí. Velice obsažný a podrobný přehledový článek36 shrnující výsledky studia bezpečnosti aspartamu byl publikován v roce 2002. V závěru autoři konstatují, že bezpečnost aspartamu za dobu 20 let jeho používání byla prokázána, nicméně že je stále potřeba se tímto tématem zabývat, aby se v co možná největší míře omezil vliv „zaručených zpráv“ na názor laické veřejnosti. Jedním z mnoha příkladů, jak jsou takové zprávy záměrně konstruovány, je text dostupný na URL37, který uvádí, že „Při 40 °C se za pomocí trávících enzymů v lidském těle methanol v aspartamu změní ve formaldehyd a následně v kyselinu mravenčí, která způsobí metabolické překyselení. Formaldehyd je roztok, určený k balzamování mrtvých těl, jeho klasifikace je třídy A – karcinogen – život ohrožující neurotoxin. Kyselina mravenčí je jed, který se vyskytuje v kusadlech červených mravenců, kterým zabíjejí své oběti“. Výše citovaný článek36 uvádí: „je třeba se dále zabývat aspekty bezpečnosti použití aspartamu, zejména jako důsledek teoretické toxicity jeho metabolitů – aminokyselin kyseliny 53

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

I poslední přehledový článek41 neuvádí žádné negativní nálezy o vlivu sukralosy na lidské zdraví kromě jedné práce, ve které autoři publikovali, že Splenda ovlivňovala střevní mikroflóru, zvyšovala obsah transportního P-glykoproteinu a cytochromu P450 u samců krys42. Všechny tyto účinky byly autory připsány právě sukralose. Tato publikace byla posouzena panelem expertů43, kteří zpochybnili výsledky této studie zejména proto, že byl použit preparát Splenda obsahující 1 % sukralosy a 99 % maltodextrinu bez toho, že by byl současně kontrolní skupině podáván maltodextrin samotný. Poté následovala čilá korespondence na stránkách časopisu Regulatory Toxicology and Pharmacology ještě v roce 2012, kdy jak autoři, tak oponenti stáli na svých stanoviscích. Nicméně v poslední době se na internetu objevují poplašné zprávy, které dávají na stejnou úroveň sukralosu a chlorované pesticidy, což u nepoučeného konzumenta může vyvolat asociaci, že i sukralosa je zdraví nebezpečná. Na druhou stranu se lze setkat i s reklamními triky označujícími sukralosu jako derivát cukru, tedy vlastně přírodní látku. Ani tento přístup není správný.

asparagové a fenylalaninu a methanolu – i když je jejich příjem v ostatní potravě (často) mnohem větší než ze samotného aspartamu“. Většinu poplašných zpráv je proto nutno považovat za „hoax“. Sukralosa Sukralosa (1,6-dichlor-1,6-dideoxy-β-D-fruktofuranosyl-4-chlor-4-deoxy--D-galakto-pyranosid) byla objevena náhodou v roce 1976 při hledání nových insekticidů. Vyrábí se přímou chlorací chráněné sacharosy a její chuť je přirozeně sladká, bez velkých příchutí a dochutí. Je stabilní i za vysokých teplot a nepodléhá ani kyselé ani enzymové hydrolýze. Vysoká stabilita předurčuje sukralosu jako vhodné sladidlo pro široké spektrum potravin a nápojů; přidává se i do některých léků. Sukralosa není karyogenní a lidské tělo ji nerozpoznává, proto ji nemetabolizuje a vylučuje ji močí v nezměněné podobě. Americký úřad pro potraviny a léčiva (USFDA, U.S. Food and Drug Administration) povolil sukralosu v roce 1998 a Evropská komise pro bezpečnost potravin38 (EFSA, European Food Safety Authority) v roce 2000. Mezi objevením sladké chuti sukralosy a povolením používat ji jako sladidlo uplynulo více než 20 let a za tuto dobu bylo publikováno více než 100 odborných studií zabývajících se bezpečností tohoto sladidla a na jejich základě byla sukralosa označena jako bezpečná. Práce z nedávné doby dokumentují, že sukralosa není genotoxická39 a že je inertním sladidlem z pohledu homeostáze glukosy a podněcování apetitu40. HO

HO

OH

HO

HO O

HO

O OH

O

OH

O O

HO HO

O O

O NH

O

O

HO

H2N

NH

O

S

steviosid

HO

O

alitam

Cl

NH

NH

advantam

O

O

O

O

O

neotam

acesulfam-K

HO

O

Cl O Cl

O OH

HO

sukralosa 54

OH

NH S O O

sacharin

O S O N + K

O

HO

O

H2O

O O

O

OH

aspartam

HN

NH

H O

O

O

HO

HO

H

HO

Cyklamát (sodná nebo vápenatá sůl kyseliny cyklamové) byl objeven v USA v roce 1937 při vývoji protihorečnatých látek. Má sladivost cca 30–50krát vyšší než sacharosa, proto se musí přidávat do potravin v relativně větším množství. Velmi často se používají ve směsi 10:1

O

NH2 HN

Cyklamát

H N

O S OH O

cyklamová kyselina

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

se sacharinem, protože tato směs má lepší chuť než každá složka sama. V roce 1975 bylo publikováno, že cyklamát může způsobovat rakovinu močového měchýře krys44 a americký úřad USFDA okamžitě zakázal jeho používání. Mnoho následujících studií na myších, krysách, psech a opicích tuto domněnku nepotvrdilo, nicméně cyklamát není v USA povolen doposud. Dokonce i studie trvající 24 let, kdy byly opicím od narození podávány dávky 100 a 500 mg cyklamátu 5krát týdně, nenalezla žádný vztah ke vzniku nádorového onemocnění45. Ovšem diskuse kolem bezpečnosti cyklamátu nekončí, protože je bohužel metabolizován různě. Většina lidí vylučuje cyklamát nezměněný, ale někteří ho metabolizují až z 85 % na cyklohexylamin, který je toxičtější než cyklamát. V současné době je právě proto věnována pozornost hlavně osudu cyklamátu v lidském těle. Poslední studie dokládají, že ani u osob konvertujících cyklamát na cyklohexylamin46 nebyla prokázána souvislost mezi dlouhodobou konzumací cyklamátu a neplodností mužů47.

le pokračovat, i když prozatím je věnována hlavní pozornost vědců analytickým metodám. Advantam Advantam (methyl ester N-[N-[3-(3-hydroxy-4-methoxyfenyl)propyl]-L--aspartyl]-L-fenyl-alaninu) je další sladký derivát aspartamu 20 000krát sladší než sacharosa a má statut GRAS. Má chuť podobnou aspartamu, s delší resistencí sladkého vjemu. Podle předpokládané spotřeby v USA je odhadován průměrný denní příjem advantamu na 1,2 mg/den (cit.49). Advantam je v těle omezeně ze 4–23 % absorbován po hydrolýze esterové vazby v gastrointestinálním traktu. Po orálním podání je asi 80 % advantamu vylučováno stolicí. Toxicita byla studována u myší, krys, králíků a psů a jediným pozorováním bylo snížení hmotnosti a/nebo snížení kalorického využití potravin u skupiny zvířat s vysokými dávkami advantamu. Snížení příjmu potravin není obvykle považováno za toxikologicky významné, bylo nalezeno i u jiných sladidel49. Biologickým studiím tohoto nového nízkokalorického sladidla bylo v roce 2011 věnováno celé číslo 49/S1 časopisu Food and Chemical Technology, proto laskavého čtenáře odkazujeme pro další podrobnosti na tento zdroj.

Neotam Neotam je 30krát sladší derivát aspartamu (methyl ester N-(3,3-dimethyl)butyl-L--aspartyl-L-fenylalaninu), je stabilní i za vyšších teplot, proto se hodí na vaření i pečení. Poprvé byl připraven v roce 1991 ve Francii. Přibližně 20 až 30 % neotamu je absorbováno po požití z trávicího traktu. Jak absorbovaný, tak neabsorbovaný neotam je degradován deesterifikací na methanol a N-(3,3-dimethyl)butyl-L--aspartyl-L-fenylalanin a oba jsou rychle vylučovány močí a stolicí48. Expozice methanolem z neotamu je toxikologicky nevýznamná v porovnání s dávkami přijímanými běžně v ovoci, zelenině a fermentovaných nápojích. Na rozdíl od aspartamu není metabolizován na derivát diketopiperazinu. Díky výsledkům desítek studií je neotam považován za bezpečné sladidlo pro všechny, dokonce i pro ty, kteří trpí fenylketonurií. Zatím se proti neotamu nezvedl odpor laické veřejnosti jako proti aspartamu pravděpodobně i díky tomu, že ještě není na trhu mnoho potravin a nápojů slazených tímto intenzivním sladidlem.

Steviol-glykosidy Listy keříku Stevia rebaudiana zvaném též „the sweet herb of Paraguay“ obsahují více než 100 různých sloučenin50, z nichž nejzajímavější jsou sladké látky steviosid, steviolbiosid a rebaudiosidy (Rebiana) obsažené v koncentraci 4–20 % hmotnosti suchých listů51. Pro účely tohoto článku je budeme uvádět pod společným názvem steviol-glykosidy. Steviol-glykosidy jsou komplexní molekuly, které obsahují 13-hydroxykaur-16-en-18-onovou kyselinu (steviol), na které je navázán různý počet glukosových jednotek. Steviol-glykosidy jsou hydrolyzovány střevní mikroflórou na steviol, který je v játrech konjugován s glukuronidem a poté vylučován zejména močí52. Hlavním světovým producentem je dnes Čína, která vyrábí ročně přes 12 tisíc tun. Hlavní komponenta, steviosid, je 300krát sladší než sacharosa. K uživatelským přednostem steviosidu patří jeho stabilita, dále fakt, že není upotřebitelný jako zdroj energie organismu, není karyogenní, mutagenní nebo teratogenní53, ale i to, že může být používán diabetiky a pacienty s fenylketonurií.

Alitam Alitam (L--aspartyl-N-(2,2,4,4-tetramethyl-3-thietanyl)-D-alaninamid) je dipeptidové sladidlo druhé generace, je 10krát sladší než aspartam a nemá žádnou nepříjemnou dochuť. Ve srovnání se sacharosou je asi 2000krát sladší. Je stálejší než aspartam, a tudíž pravděpodobně nalezne v potravinářství více použití. Alitam je v těle hydrolyzován na asparagovou kyselinu, která je normálně metabolizována, a na D-alaninamidovou část molekuly, která je z těla vylučována beze změny48. V současné době je povolen v Mexiku, Kolumbii, Číně, Austrálii a na Novém Zélandu. Hodnota ADI byla stanovena na 1 mg/kg, ale z dávek konzumovaných v Austrálii a Novém Zélandu se zdá být pravděpodobné, že může být překračována. Takže je jasné, že výzkum bezpečnosti alitamu bude nadá-

Sacharin a jeho Na, K a Ca soli Při studiu o-sulfabenzamidů objevili Konstantin Fahlberg a Ira Remsen náhodně sladkou chuť sacharinu (2,3-dihydro-3-oxobenzisosulfonazol) v roce 1878. Dnes se už nedovíme, kdo byl tím prvním ochutnávačem. Pravdou zůstává, že Fahlberg dal látce název sacharin a razantně se pustil do komercionalizace, aniž by uvedl Remsena jako spoluautora patentů54. Sacharin se vyrábí od roku 1901 a čas od času se vyskytují diskuse o jeho zdravotní závadnosti55. Sacharin není lidským organismem metabolizován 55

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

LITERATURA

a beze změny je vylučován hlavně močí, méně pak stolicí. Diskusi vyvolaly články dokládající vliv velkých dávek sodné soli sacharinu na vznik nádorů močového měchýře samců krys56. Velké dávky způsobily vznik sraženiny fosforečnanu vápenatého v močových cestách a při dlouhodobém podávání pak zřejmě podnítily vznik nádorů. Ovšem tento vliv není vlastní pouze sacharinu, ale byl pozorován i u jiných sodných solí, např. kyseliny askorbové. Krysy jsou zvláště citlivé ke vzniku nádorů močového měchýře, ale u lidské populace nikdy podobný vliv nebyl zaznamenán. Sacharin je extrémně stabilní a představuje tak sladidlo univerzálně použitelné v mnoha potravinářských výrobcích i pro přímou konzumaci. Je výhodné konzumovat sacharin ve směsi s jinými sladidly, protože sám má poněkud nepříjemnou kovovou dochuť.

1. Čopíková J., Uher M. , Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2005). 2. Moravcová J.: Chem. Listy 95, 202 (2001). 3. Jambal I., Kefurt K., Moravcová J.: Chem. Listy 106, 283 (2012). 4. Opletal L., Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 895 (2007). 5. Hampl F., Moravcová J., Čopíková J., Opletal L., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 103, 15 (2009). 6. Lapčík O., Opletal L., Moravcová J., Čopíková J., Drašar P.: Chem. Listy 105, 452 (2011). 7. Opletal L., Wimmer Z., Čopíková J., Lapčík O., Moravcová J., Cahlíková L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 761 (2011). 8. Čopíková J., Moravcová J., Lapčík O., Opletal L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 938 (2011). 9. Kolečkář V., Řeháková Z., Brojerová E., Kuča K., Jun D., Macáková K., Opletal L., Drašar P., Jahodář L., Chlebek J., Cahlíková L.: Chem. Listy 106, 113 (2012). 10. Wimmer Z., Opletal L., Čopíková J., Moravcová J., Abdulmanea K. S. O., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 106, 926 (2012). 11. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 12. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, 1002 (2007). 13. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 14. Rippe J. M., Angelopoulos T. J.: Adv. Nutr. 4, 236 (2013). 15. Bray G. A., Nielsen S. J., Popkin B. M.: Am. J. Clin. Nutr. 79, 537 (2004). 16. Cohen R.: Nat. Geogr. 8, 82 (2013). 17. Walters D. E.: The Sweetener Book, D. Eric Walters 2013, North Chicago, IL; http:// www.sweetenerbook.com/index.html (staženo 25/2 2013). 18. Carbohydrates in human nutrition. (FAO Food and Nutrition Paper - 66), Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation, Rome 1997 (Reprinted 1998); http://www.fao.org/docrep/W8079E/ w8079e00.htm#Contents; (staženo 26/2 2013). 19. Sugar and Sweetener Guide; http://www.sugar-andsweetener-guide.com/ (staženo 27/2 2013). 20. O’Donnell K., Kearsley M. W.: Sweeteners and Sugar Alternatives in Food Technology, Wiley-Blackwell, Oxford 1012. 21. Codex Alimentarius, International Food Standards, http://www.codexalimentarius.org/codex-home/en/ (staženo 5/8 2013). 22. Zákon ČR 110/1997 Sb. 23. Hess J., Latulippe M. E., Ayoob K., Slavin J.: Food Funct. 3, 477 (2012). 24. WiebeN., Padwal R., Field C., Marks S., Jacobs R.,

Acesulfam K Náhodný objev sladké chuti 5,6-dimethyl-1,2,3-oxathiazin-4(3H)-on-2,2-dioxidu v roce 1967 vedl k syntéze řady derivátů, z nichž právě draselná sůl 6-methyl-1,2,3-oxathiazin-4(3H)-on-2,2-dioxidu se stala průmyslově vyráběným sladidlem. Acesulfam K je stabilní i za vyšších teplot, proto se hodí i na vaření a pečení. Má rychlý náběh sladké chuti, která přetrvává jen po dobu konzumace jídla. Ve vodných roztocích a vyšších koncentracích má hořkou příchuť. V lidském těle není metabolizován a je rychle vylučován zejména močí. Je prokazatelně netoxický, není mutagenní ani karyogenní. Tak jako u ostatních sladidel i pro acesulfam K jsou čas od času analyzovány výsledky vědeckých studií a žádné nepříznivé vlivy nebyly identifikovány ani v posledním přehledu z roku 2000. Oficiální autority tak znovu potvrdily nezávadnost tohoto sladidla.

5. Závěr V dnešní době si jak konzument, tak potravinář i technolog může vybrat z široké palety sladidel a přídavných látek ať již z hlediska chuti, intenzity sladivosti, výživného a glykemického potenciálu, vedlejších účinků atd., protože nabídka je zde více než široká. Ekonomický tlak na straně jedné a dietní výhrady vůči sladidlům s vyšším glykemickým indexem na straně druhé tlačí výrobce potravin k tomu, že nahrazují klasický cukr čímkoliv, co je lacinější, nebo dietnější. Když si k tomu přičteme laické názory na zdravou výživu zdatně podporované informacemi z Internetu, je jasné, že diskuse o tak nápadné položce potravních aditiv, jakými jsou intenzivní sladidla, bude i v budoucnosti pokračovat měrou neztenčenou. I pro sladidla, podobně jako pro další složky potravin, bude ale stále platit základní výživové doporučení „všeho s mírou“. Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305.

56

Chem. Listy 107, 867–874 (2013)

25. 26. 27. 28. 29.

30. 31. 32.

33.

34. 35. 36. 37. 38. 39.

40.

41.

42. Takayama S., Renwick A. G., Johansson S. L., Thorgeirsson U. P., Tsutsumi M., Dalgard D. W., Sieber S. M.: Toxicol. Sci. 53, 33 (2000). 43. Renwick A. G., Thompson J. Pp, O’Shaughnessy M., Walter E. J.: Toxicol. Appl. Pharmacol. 196, 367 (2004). 44. Serra-Majem L., Bassas L., Garcia-Glossas R., Ribas L., Ingles C., Casals I., Saavedra P., Renwick A. G.: Food Addit. Contam. 20, 1097 (2003). 45. Kroger M., Meister K., Kava R.: Comp. Rev. Food Sci. Food Safety 5, 35 (2006). 46. Otabe A., Fujieda T., Masuyma T., Ubukata K., Lee C.: Food Chem. Toxicol. 49, 52 (2011). 47. Wölwer-Rieck U.: J. Agric. Food Chem. 60, 886 (2012). 48. Geuns J. M. C.: Phytochemistry 64, 913 (2003). 49. Urban J. D., Carakostats M. C., Brusik D. J.: Food Chem. Toxicol. 51, 386 (2013). 50. Lemus-Mondaca R., Vega-Gálvez A., Zura-Bravo L., Ah-Hen K.: Food Chem. 132, 1132 (2012). 51. Pearson R. L.: Saccharin. V knize: Alternative Sweeteners, (Nabors L.O., ed.), str. 147. Marcel Dekker, New York 2001. 52. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, Vol. 73, Lyon 1999. http:// www.crcnetbase.com/doi/book/10.1201/b11242m (staženo 5.8.2013). 53. Arnold D. L., Moodie C. A., Grice H. C., Charbonneau S. M., Stavric B., Collins B. T., Mcguire P. F., Zawidzka Z. Z., Munro I. C.: Toxicol. Appl. Parmacol. 52, 113 (1980).

Tonelli M.: BMC Medicine 9, 123 (2011); http:// www.biomedcentral.com/1741-7015/9/123. (staženo 5.8.2013). Te Morenga L., Mallard S., Mann J.: Brit. Med. J. Open 345, 7492 (2012). DiMeglio D. P., Mattes R. D.: Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. 24, 794 (2000). van Baak M. A., Astrup A.: Obes. Rev. 10, 9 (2009). Dolan L. C., Potter S. M., Burdock G. A.: Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 50, 53 (2010). Sievenpiper J. L., de Souza R. J., Mirrahimi A., Yu M. E., Carleton A. J., Beyene J., Chiavaroli L., Di Buono M., Jenkins A. L., Leiter L. A., Wolever T. M. S., Kendall C. W. C., Jenkins D. J. A.: Ann. Intern. Med. 156, 291 (2012). Slavin J.: Nutr. Rev. 70 (Suppl. 2), S111 (2012). Hess J., Latulippe M. E., Ayoob K., Slavin J.: Food&Funct. 3, 477 (2012). Freeman L.: Leatherhead Food Trends, 2011 Food and drink trends, http://www.leatherheadfood.com/2011food-and-drink-trends (staženo 5/8 2013). Butchko H. H, Stargel W. W., Comer C. P., Mayhew D. A., Benninger C., Blackburn G. L., de Sonneville L. M. J., Geha R. S., Hertelendy Z., Koestner A., Leon A. S., Liepa G. U., McMartin K. E., Mendenhall C. L., Munro I. C., Novotny E. J., Renwick A. G., Schiffman S. S., Schomer D. L., Shaywitz B. A., Spiers P. A., Tephly T. R., Thomas J. A., Trefz F. K.: Regul. Toxicol. Pharmacol. 35, S1 (2002). http://www.sladkypolibek.com/sladkypolibek/Jed% 20zvany%20aspartam.htm (staženo 5/8 2013). http://ec.europa.eu/food/fs/sc/scf/out68_en.pdf (staženo 1.6.2013). Brusick D., Grotz V. L., Slesinski R., Kruger C. L., Hayes A. W.: Food Chem. Toxicol. 48, 3067 (2010). Brown A. W, Bohan Brown M. M., Onken K. L., Beitz D. C.: Nutr. Res. 31, 882 (2011). Grotz V. L., Munro I. C.: Regul. Tox. Pharm. 55, 1 (2009). Abou-Donia M. B., El-Masry E. M., Abdel-Rahman A. A., McLendon R. E., Schiffman S. S.: J. Toxicol. Environ. Health 71, 1415 (2008). Brusick D., Borzelleca J. F., Gallo M., Williams G., Kille J., Hayes A. W., Pi-Sunyer F. X., Williams C., Burks W.: Regul. Tox. Pharm. 55, 6 (2009). Oser B. L., Carson S., Cox G. E., Vogin E. E., Sternberg S. S.:Toxicology 4, 315 (1975).

J. Čopíkováa, J. Moravcováb, Z. Wimmerb,c, L. Opletald, O. Lapčíkb, and P. Drašarb (a Department of Carbohydrates and Cereals, b Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague; c Institute of Experimental Botany AS CR, Prague; d Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Charles University in Prague): Artificial Sweeteners A brief survey of the artificial sweeteners and their properties and use aims to show the importance of this group of mainly renewable materials, to contribute to the knowledge of the practical chemistry that can be utilized, among others, in food and pharmaceutical industry. The article is also aimed as a teaching tool for teachers and students.

57

Chem. Listy 105, 761765 (2011)

SLANÁ CHUŤ PŘÍRODNÍCH LÁTEK A JEJICH DERIVÁTŮ

LUBOMÍR OPLETALa, ZDENĚK WIMMERb,c, JANA ČOPÍKOVÁd, OLDŘICH LAPČÍKb, JITKA MORAVCOVÁb, LUCIE CAHLÍKOVÁa a PAVEL DRAŠARb

k zásahu do systému RAAS (renin-angiotenzinaldosteron), který hraje velmi důležitou roli ve vnímání slané chuti, resp. odrazu obsahu Na+ v těle. Některé citlivé mozkové neurony regulují citlivost na slanou chuť a tím regulují příjem sodíku8. Při poruše však dojde ke změně rozlišovací schopnosti chuťových buněk jazyka pro NaCl a tím ke zvýšenému příjmu a podpoře esenciální hypertenze. Samotné akceptování slané chuti jedincem je však z fylogenetického hlediska složité, jak ukázaly studie komerčních potravinářských výrobků9. Situace je komplikována navíc faktem, že vnímání slané chuti může být u jedinců fixováno geneticky10. Zvýšený příjem soli je významným rizikovým faktorem nejen pro postižení kardiovaskulárního systému, ale ve svém důsledku i pro případné nastartování Alzheimerovy choroby, která velmi často začíná po ischemizaci mozkové cévy, resp. po prodělaném iktu (mozkové mrtvici).

a

Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové, b Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, c Ústav experimentální botaniky AV ČR, Izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4, d Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 [email protected] Došlo 5.8.11, přijato 30.8.11. Rukopis byl zařazen k tisku v rámci placené služby urychleného publikování.

2. Látky slané chuti Samozřejmě, že slanou chuť budeme hledat u soli kamenné, chloridu sodného. Čistý chlorid sodný, nicméně, bude mít jinou chuť, než mořská sůl a u všech bude oscilovat kolem chuti vysloveně slané, někdy s nádechem sladké, jindy hořké, nebo kovové11. Typická „slaná“ chuť některých mořských řas je způsobena vyváženou směsí solí sodíku, draslíku, vápníku, hořčíku, železa a stopových prvků12. Obecně pak chuť solí závisí jak na kationtu, tak na aniontu13. Nejběžnější soli se slanou chutí jsou LiCl, LiBr, LiI, NaNO3, NaCl, NaBr, NaI. Nejslanější chuť má však NaCl14. Slanou chuť s chladivou příchutí a „pálivou“ dochutí15 má KNO3. Slanohořkou chuť pak mají např. KCl, KBr, NH4Cl a NH4I. U vápenatých solí již hořká chuť převládá, záleží však na koncentraci. Organické soli sodíku a lithia jsou pak o poznání méně slané16 než NaCl. Ostrost slané chuti NaCl ovlivňuje přítomnost zinku v organismu17. Byla studována i závislost slaného vjemu na přítomnosti řady kationtů18. V dnešní době hojně, zejména v USA, prodávaná „sůl s nízkým obsahem sodíku“ je převážně chlorid draselný, který však zanechává hořkou či kovovou pachuť. Objevují se ale i slané potraviny se sníženým obsahem chloru19. Zbývá se tedy zamyslet nad reálnou cestou, jak dopřát příjemci slanou chuť a přitom snížit obsah kuchyňské soli na minimum. Nabízejí se tři cesty: 1) Ovlivnit chuťové receptory (mozkové signální cesty) neslanými látkami, které změněnou expresí proteinů, vycházejících z ovlivnění receptoru pro slanou chuť navodí u uživatele nižší potřebu solení. Ačkoliv jsou v tomto směru už jisté výsledky a různé nálezy, tento přístup je v současnosti spíše utopický: naprosto není známo, jak takové látky mohou ovlivnit jiné receptory nebo enzymové systémy v těle.

Klíčová slova: přírodní látka, chuť slaná, potravní doplněk, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4.

Úvod Látky slané chuti Trocha teorie o chuti slané Závěr

1. Úvod Chuťové vjemy jsou dlouhou dobu předmětem vědeckého výzkumu1. Tento článek je dalším z řady přehledů, ve kterých popisujeme rozmanitost přírodních látek25 a který může sloužit i jako vhodná učební pomůcka. Slaná chuť je klasicky jedním z pěti chuťových principů (sladký, slaný, kyselý, hořký a umami)6. Organoleptický vjem na různé chuti může být přidáním slané komponenty značně modifikován, což od nepaměti vědí například kuchaři, neb dobré cukroví či dobrá káva se bez špetky soli udělat nedá7. Hledání látek se slanou chutí (mimo Na+) je záležitostí velmi žádoucí, protože kuchyňská sůl je významným rizikovým faktorem pro hypertenzi – osoby s tímto onemocněním mají značně zvýšený chuťový práh pro NaCl na rozdíl od normotoniků. Slaná chuť je velmi důležitá pro regulaci příjmu Na+. Nerovnováha tohoto kationtu v organismu vyvolává řadu neurokrinních změn spojených se snahou změnit intenzitu slané chuti. Dochází 58

Chem. Listy 105, 761765 (2011)

2)

Najít přírodní látky, které by byly netoxické, bez problému metabolizovatelné, nevykazovaly by žádnou pachuť a byly by slanější než kuchyňská sůl. Po dlouholetých zkušenostech populace s umělými sladidly versus sacharosa můžeme (ještě) dnes říci, že je to postup stejně utopický jako v bodě 1). 3) Nalézt netoxické přírodní látky, které velmi silně zvýrazní přirozenou slanou chuť chloridu sodného do té míry, že bude možné jeho obsah v potravinách a nápojích redukovat do nízké míry. Tento přístup se zdá být v současnosti jediný reálný a náš příspěvek se v hlavní míře zabývá právě jím. Se slanými organickými látkami je to složité, již proto, že při poptávce po „bio“ a „organických“ potravinách jsou obchodníci (např. The Salt Seller Ltd. Hereford, UK) ochotni prodávat i organickou sůl kuchyňskou (NaCl). Nicméně i zde se dá leccos zajímavého najít. Skupina sloučenin, zasahujících do slané chuti, není nijak široká; zpravidla se jedná o malý počet látek (včetně kovových solí některých organických kyselin, nepočítáme-li běžné soli anorganické), které se v zesilovačích slané chuti střídavě objevují v závislosti na patentových možnostech a komerčním zájmu. Mezi prvními látkami, které tuto chuť ovlivňují, je nutné jmenovat některé primární metabolity – aminokyseliny, případně proteiny. Tyto látky samy o sobě čistě slanou chutí většinou nedisponují, ale markantně zvýrazňují slanost chloridu sodného. Zvýšení slané chuti (a tím redukce množství NaCl) bylo nalezeno u leucinu20, případně také u isoleucinu. Směs leucinu nebo isoleucinu s KCl a glutamátem sodným dovede údajně výrazně zvýšit slanou chuť potravin a nápojů21. Podobně působí směs obsahující hydrochlorid lysinu, KCl a malé množství jantarové kyseliny; tato směs maskuje hořkou pachuť KCl a kromě toho saturuje vhodně organismus esenciální aminokyselinou22,23. Další bazickou aminokyselinou amplifikující slanou chuť kuchyňské soli je arginin (D- i L-forma) kombinovaný s KCl24,25. V případě některých oligopeptidů byly zjištěny také zajímavé organoleptické vlastnosti. Je popsáno26, že Lornithyl-β-alanin je slaný a že jeho slanost závisí na hodnotě pH a přítomných iontech. O

dovolují vyslovit domněnku, že půjde spíše o chuť umami, která může být „slané“ podobná29. H2N HCl O

L-ornithyltaurin-monohydrochlorid

Jako zvýrazňovače slané chuti mohou fungovat určité peptidy a proteiny, resp. hydrolyzáty z ryb (sardel obecná – Engraulis encrasicholus), nebo z rostlinných bílkovin (semena sóji – Glycine max, pšenice – Triticum aestivum anebo kukuřice – Zea mays). Tyto proteiny jsou většinou nevýrazného zápachu, slané chuti, jsou rozpustné ve vodě a jejich chuť je zvýrazňována přídavkem některých solí (KCl, MgCl2), bazickými aminokyselinami, případně glukonanem sodným3032. Z ostatních primárních metabolitů se jeví jako zajímavé glykosylderiváty ,‐trehalosy. Slanou chuť (a také chuť umami) výrazně zvyšuje ,-maltosyl-trehalosa více než samotná trehalosa33. Za slabě slanou považovali někteří i L-glukosu34. HO

O

OH O OH HO HO

OH

L-glukosa

Existuje poměrně kuriózní nález v oblasti mastných kyselin: hovoří o tom, že tuky a oleje, které obsahují více než 70 hmotnostních procent olejové kyseliny, mohou výrazně zvyšovat slanou chuť jídel a nápojů35. Jako amplifikátory slané chuti by se údajně mohly uplatnit také některé sloučeniny, jejichž základem jsou nukleové base, např. 5´-inosinová kyselina (5´-IMP)) nebo 5´-guanosinová kyselina (5´-GMP) ve směsi s aminokyselinami, glukosou, některými draselnými solemi a hydrolyzovaným rostlinným proteinem36, anebo 5´-ribonukleotid s rozvětvenými aminokyselinami37. V oblasti sekundárních metabolitů rostlin nenacházíme prozatím výrazné množství sloučenin, o kterých by mohlo být uvažováno jako o látkách nahrazujících sůl. Slanou chuť mají piperazin a iridomyrmecin, izolovaný z argentinských mravenců Iridomyrmex humilis27.

O NH2

NH

OH

OH

,‐trehalosa

L-ornithyl-β-alanin

S O

OH O

OH

NH2

HO

OH

O

HO

NH2

NH

O

HO

O

HO

O S OH O

NH

H2N

NH2 L-ornithyl-taurin

„Údajná“ původně deklarovaná27 slaná chuť „peptidu Beefy-Meaty“ L-ornithyltaurin-monohydrochloridu byla podrobena rozsáhlému zkoumání ve firmě Nestlé; bylo zjištěno, že slanou chuť nemá28. Autoři tohoto článku si 59

Chem. Listy 105, 761765 (2011) H N

H

N H

H

-

O

+

O

O Na

O

O

O

-

piperazin

O

Je-li přidán pyridinový derivát (+)-(S)-alapyridain (N-(1-karboxy-ethyl)-6-hydroxy-methyl-pyridinium-3-ol) k potravinám, výrazně ovlivňuje práh chuti; snižuje práh pro sladkou chuť sacharosy a glukosy, chuť umami a také slanou chuť. Podílí se rovněž na výrazné synergizaci slané chuti např. po aplikaci L-argininu38.

O

-

Bi

Na

O

O

O -

O

3

bistrimát I

O

NH

O

OH

O

O +

N

HN

+

+

-

+

O

iridomyrmecin

+

Na

O

O

+

HN

-

+

I HN

OH

-

I O

Na

triognost

HO

(+)-(S)-alapyridain metabolity mohou slanou chuť podporovat. Z těchto vegetabilních zdrojů však výrazně vyčnívají dvě rostliny: Salicornia herbacea (salikornie bylinná) a Apium graveolens (miřík celer). Salikornie je rostlinou halofytní, rostoucí v příslušných teplých oblastech a z toho plyne, že její morfologické části budou obsahovat zvýšené množství NaCl. Nechceme však předjímat, že by tato skutečnost byla v nějaké souvislosti se slanou chutí vysušeného vodného extraktu z nadzemní části. V některých přípravcích je totiž použit extrakt získaný fermentací nadzemní části43, což dává vznik představě o přítomnosti už dříve zmíněných organických látek slané chuti, peptidů nebo proteinů. Domníváme se rovněž, že podobným případem je miřík celer. Nadzemní část celeru je enzymaticky zpracována, vodný produkt vysušen a navržen pro zvýšení slané chuti potravin. Může se zde opět uplatnit vliv proteinů (peptidů) vzniklých fermentací rostlinné tkáně a navíc zde určitou roli mohou hrát některé ftalidy, které jsou zcela běžné pro čeleď miříkovitých44.

Slanou chuť zvyšují také některé ftalidy (sedanenolid, sedanolid, 3-butylftalid, 3-butylidenftalid), aniž by zvyšovaly chuť k příjmu potravy39.

O O

sedanolid

O O

3-butylftalid

O O

sedanenolid

O O

3-butylidenftalid

3. Trocha teorie o chuti slané

Indolové deriváty, připravené polosynteticky zvyšují slanou chuť opět ve směsi s argininem, navíc s některými alifatickými kyselinami a jejich solemi (mléčnou, jablečnou, citronovou, jantarovou)40. Slabě slanou chuť má bistrimát C24H28BiN4Na7O25 a diagnostikum triognost, sodná sůl kyseliny 3,5-bis(acetylamino)-2,4,6-triiodobenzoové; má ji i enzym chymosin (rennin, ECN 3.4.23.4), součást syřidla používaného pro výrobu sýrů41. Lyofilizované extrakty z Salicornia herbacea (suché listy), Laminaria japonica (stélka) a Lycium chinensis (kukoshi; suché plody) byly zkoumány jako náhražka potravinářské NaCl. Bylo zjištěno, že jejich slanost relativně k NaCl je 0,65, což vedlo k předpokladu, že takové látky skutečně mohou sůl nahradit42. Jde o sprejově sušené vodné extrakty, u kterých nebylo prozatím objasněno, jaké

Soudí se, že jeden způsob vnímání slané chuti je vyvolán některými kationty a je ovlivněn cetylpyridiniumchloridem, zatímco druhý mechanismus je selektivně stimulován ionty Na+ a inhibován amiloridem45. Za vnímání slané chuti je zodpovědný protein TRPML3 (MCOLN3)46. Je však možné usoudit, že vnímání slané chuti u kojenců se vyvíjí až po odstavení47. Je popsáno, že při zánětech trojklanného nervu je práh pocitu slané chuti zvýšen48. Je také známo, že člověk může pociťovat slanou a někdy i slano-kovovou chuť při některých chorobách a při stavech silné dehydratace. Sám pocit slané chuti v ústech může být spojen také s Sjögrenovým syndromem, bakteriální infekcí, zánětem (sialadenitis) nebo infekcí slinné žlázy, kdy je slaná chuť slin často velmi výrazná. 60

Chem. Listy 105, 761765 (2011)

Cl

LITERATURA

NH N

NH

H2N

NH2 N

1. Boudreau J. C.: Naturwissenschaften 67, 14 (1980). 2. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 3. Lapčík O., Opletal L., Moravcová J., Čopíková J., Drašar P.: Chem. Listy 105, 452 (2011). 4. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 5. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy, 101, 44 (2007). 6. Chandrashekar J. Hoon M. A., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 444, 288 (2006). 7. Němcová B.: Sůl nad zlato, Junior, Říčany u Prahy 2008. 8. Lu B., Yan J.: Shengli Kexue Jinzhan 42, 43 (2011); Chem. Abstr. 154, 570193 (2011). 9. Drake S. L., Lopetcharat K., Drake M. A.: J. Dairy Sci. 94, 636 (2011). 10. By Feeney E., O'Brien S., Scannell A., Markey A., Gibney E. R.: Proc. Nutr. Soc. 70, 135 (2011). 11. Heath H. B.: Source Book of Flavors, Van Nostrand Reinhold, New York 1981. 12. Page L.: http://www.byregion.net/articles-healers/ Sea_Greens.html (staženo 30. 12. 2010). 13. DeMan J.M., Principles of Food Chemistry, 3. vydání, Aspen Publishers, Gaithersburg 1999. 14. Marieb E. N., Hoehn K.: Human Anatomy & Physiology, Pearson Education, San Francisco 2007. 15. Ash M., Ash I.: Handbook of Preservatives, Synapse Information Resources, Endicott 2004. 16. Van Der Klaauw N. J., Smith D. V.: Physiol. Behavior 58, 295 (1995). 17. Ahn E. J., Noh H. Y., Chung J., Paik H. Y.: Korean J. Nutr. 43, 132 (2010). 18. Ichikawa T., Shimomura M.: Food Sci. Technol. Res. 16, 31 (2010). 19. Chiba S., Saegusa T., Ishii M.: PCT Int. Appl. (2010), WO 2010150918. Application: WO 2010-JP61227 20100624. Chem. Abstr. 154, 1626625 (2010). 20. Harada Y., Sakimori M., Nishimura T.: Nippon Aji to Nioi Gakkaishi 14, 441 (2007); Chem. Abstr. 148, 115060 (2008). 21. Nishimura T., Sakimori M., Harada Y.: PCT Int. Appl. WO 2008120726 A1 20081009 (2008); Chem. Abstr. 149, 1212172 (2008). 22. Berglund K. A., Alizadeh H.: US 5897908 A 19990427 (1999); Chem. Abstr. 130, 295832 (1999). 23. Berglund K. A., Alizadeh H.: PCT Int. Appl. WO 9727763 A1 19970807 (1997); Chem. Abstr. 127, 532204 (1997). 24. Brand J., Riha W. E. III, Breslin P. A. S.: Abstr. Papers, 236th ACS Natl Meet., Philadelphia, PA, United States, August 1721, 2008, AGFD-261 (2008); Chem. Abstr. 948981 (2008). 25. Shimono M., Sugiyama K., Matsuzaki T., Nishizawa S.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho, JP 2011062168 A 20110331 (2011); Chem. Abstr. 154, 395011 (2011).

+

N Cl

O NH2

amilorid

cetylpyridiniumchlorid

Je též zajímavé, že vnímání chuti KCl a NaCl může být jak zesíleno, tak zeslabeno, pokud jsou v různých koncentracích přítomny kyseliny octová, jantarová či citronová49, přestože pocit slanosti nezávisí na pH50. Kyselina hyaluronová pak modifikuje slanou chuť k „příjemné“51. Je dostatečně známo, že soli kyseliny glutamové zesilují pocit slané chuti, méně je známo, že tak mohou způsobovat i látky chuti chladivé52 či vůně sojové omáčky53. Slanou chuť zesiluje i L-leucin20 a L-arginin38, ale i například kapsaicin54. Spilanthiol zesiluje slanou chuť a neovlivňuje chuť umami55. O N H

spilanthiol Bylo též překvapivě zjištěno, že muži, kteří měli otce alkoholika, méně tolerují slaná a kyselá jídla56. Při zkoumání možností, jak snížit použití NaCl v potravinách, bylo zjištěno, že pocit slanosti může být zvýšen při použití hyperosmotických roztoků obsahujících až 30 % polymerních kompozit, jak například dextranů57.

4. Závěr Přehled přírodních látek slané chuti ukazuje zajímavost této skupiny sloučenin, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci, například potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi. Je vidět z připojené literatury, zejména patentové, že jde o tematiku velmi aktuální. Hledání nových spojitostí mezi vnímáním chutí použitelných nejen v humánní, ale i zemědělské praxi (živočišné výrobě, kde se mohou uplatnit jako krmení ovlivňující) je však jen jednou stránkou problému, druhou je hledání postupů (a látek) – modifikátorů vnímání29, které mohou tento vjem zesilovat nebo tlumit, zvláště pokud se budou více brát na ohled teorie jako ta, že chuťové, barevné a zvukové vjemy spolu významně souvisejí58. Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV ČR č. 111A166 . 61

Chem. Listy 105, 761765 (2011)

26. Seki T., Kawasaki Y., Tamura M., Tada M., Okai H.: J. Agric. Food Chem. 38, 25 (1990). 27. Nakamura K., Kuramitu R., Kataoka S., Segawa D., Tahara K., Tamura M., Okai H.: J. Agric. Food Chem. 44, 2481 (1996). 28. Tuong H.B., Philippossian G.: J. Agric. Food Chem. 35, 165 (1987). 29. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, 1002 (2007). 30. Di Cesare L. F.: LWT-Edition, 7 (Prog. Food Eng.), 741 (1983); Chem. Abstr. 100, 66789 (1984). 31. Shimono M., Sugiyama K., Omine K., Ichikawa A.: PCT Int. Appl. WO 2011034133 A1 20110324 (2011); Chem. Abstr. 154, 371496 (2011). 32. Shimono M. Sugiyama K., Omine K., Ichikawa A.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2011062171 A 20110331 (2011); Chem. Abstr. 154, 394800 (2011). 33. Nishida T., Ikegami S., Saito N., Miyake T.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2009082070 A 20090423 (2009); Chem. Abstr. 150, 446621 (2009). 34. Boyd W. C., Matsubara S.: Science 137, 669 (1962). 35. Kanamori H., Iida T., Matsumoto A.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2006262896 A 20061005 (2006); Chem. Abstr. 145, 1029449 (2006). 36. Mohlenkamp M. J. Jr., Hiler G. D.: US 4243691 A 19810106 (1981); Chem. Abstr. 94, 190549 (1981). 37. Tanizawa J., Fushimi Y.: PCT Int. Appl. WO 2008126678 A1 20081023 (2008); Chem. Abstr. 149, 1278249 (2008). 38. Soldo T., Blank I., Hofmann T.: Chem. Senses 28, 371 (2003). 39. Kurobayashi Y., Nakai S., Kubota K.: PCT Int. Appl. WO 2011059047 A1 20110519 (2011); Chem. Abstr. 154, 618158 (2011). 40. Maekawa T., Eto Y., Amino Y., Tahara Y., Miyaki T., Saikawa W., Kai Y., Ishiwatari Y.: PCT Int. Appl. WO 2011010748 A1 20110127 (2011); Chem. Abstr. 154, 105408 (2011). 41. The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 42. Lee G.H.: Food Res. Int. 44, 537 (2011). 43. Cha K. J.: Repub. Korean Kongkae Taeho Kongbo KR 2004096850 A 20041117 (2004); Chem. Abstr. 145, 805184 (2006). 44. Bhowmik T., Myaka S. I., Van Leersum J. P., Smith R. W.: PCT Int. Appl. WO 2009114954 A1 20090924 (2009); Chem. Abstr. 151, 1165120 (2009). 45. Stahler F., Riedel K., Demgensky S., Neumann K., Dunkel A., Taubert A., Raab B., Behrens M., Raguse J.D., Hofmann T., Meyerhof W.: Chemosens. Percept. 1, 78 (2008).

46. Sugita M.: Cellul. Mol. Life Sci. 63, 2000 (2006). 47. Schwartz C., Chabanet C. Boggio V. Lange C. Issanchou S. Nicklaus S.: Arch. Pediatr. 17, 1026 (2010). 48. Siviero M., Teixeira M. J., de Siqueira J. T. T., Siqueira S. R. D. T.: Oral Diseases 16, 482 (2010). 49. Murata Y., Kataoka-Shirasugi N., Amakawa T.: Chem. Senses 27, 57 (2002). 50. Kuramitsu R.: Recent Adv. Food Flavor Chem. 326, 224 (2010). 51. Buonpensiero P., de Gregorio F., Sepe A., di Pasqua A., Ferri P., Siano M., Terlizzi V., Raia V.: Adv. Therapy 27, 870 (2010). 52. Čopíková J., Moravcová J., Lapčík O., Opletal L., Drašar P.: Chem. Listy 105, v tisku. 53. Shimoda M.: Nippon Aji to Nioi Gakkaishi 14, 3 (2007); Chem. Abstr. 148, 531810 (2007). 54. Narukawa M., Sasaki S., Watanabe T.: Food Sci. Technol. Res. 17, 167 (2011). 55. Miyazawa T., Matsuda T., Muranishi S., Miyake K.: JP 2006296357 Chem. Abstr. 145, 1146774 (2006). 56. Sandstrom K.A., Rajan T.M., Feinn R., Kranzler H.R.: Alcoholism – Clin. Exper. Res. 27, 955 (2003). 57. Koliandris A.L., Michon C., Morris C., Hewson L., Hort J., Taylor A.J., Wolf B.: Chemosens. Percept. 4, 9 (2011). 58. Simner J., Cuskley C., Kirby S.: Perception 39, 553 (2010).

L. Opletala, Z. Wimmerb,c, J. Čopíkovád, O. Lapčík , J. Moravcováb, L. Cahlíkováa, and P. Drašarb (a Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Faculty of Pharmacy, Charles University, Hradec Králové, b Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, c Institute of Experimental Botany AS CR, Isotope Laboratory, Prague, d Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague): Salty and Metallic Taste of Natural Compounds and Their Derivatives b

A brief survey of the naturally occurring compounds and their derivatives with salty taste aims to show the importance of this group of renewable materials, to contribute to the knowledge of the biodiversity of secondary metabolites that can be utilized, among others, in food and pharmaceutical industry. The article is also aimed as a teaching tool for teachers and students. Mainly from the patent literature it may be seen that this topic is very actual.

62

Chem. Listy 109, 488–491 (2015)

PŘÍRODNÍ LÁTKY KYSELÉ CHUTI

OLDŘICH LAPČÍKa, ZDENĚK WIMMERa,b, LUBOMÍR OPLETALc, JITKA MORAVCOVÁa, JANA ČOPÍKOVÁd a PAVEL DRAŠARa

2. Mechanismus účinku Ačkoliv se snahy rozpoznat, co způsobuje kyselou chuť (kyselost, angl. sourness), datují již od konce 19. století, kdy byla poprvé spojována se stupněm disociace kyselin, a tedy přímo s účinkem vodíkových iontů12, stále ještě není její mechanismus zcela objasněný. Testování kyselé chuti pufrů složených z kyseliny octové a octanu sodného s různým pH a různou celkovou aciditou pro dané pH publikované v roce 1920 ukázalo, že kyselost závisí na obou proměnných. Tedy, že je důležitá jako koncentrace vodíkových iontů, tak koncentrace volné kyseliny13. První práce popisující kyselou chuť ve vztahu ke koncentraci kyseliny byla publikována14 v roce 1935. Autoři ukázali, že různě koncentrované roztoky kyselin chloroctové, octové, mravenčí, vinné a jablečné, které měly stejně kyselou chuť jako 0,0025 M kyselina chlorovodíková, spotřebují stejné množství fosfátového pufru o pH 6,9 na dosažení pH 4,5. Odtud odvodili, že relativní kyselost ekvimolárních roztoků kyselin je nezávislá na koncentraci. Z těchto a dalších prací se traduje jakási kyselostní řada, ve které má zředěná kyselina chlorovodíková index kyselosti 1. Pro srovnání, kyselina vinná má kyselostní index 0,7, kyselina citronová 0,46 a kyselina uhličitá 0,06 (cit.15). Jiné řazení může být podle klesajícího pocitu kyselosti: kyselina sírová, dusičná, chlorovodíková, chloroctová, fosforečná, dihydroxyvinná, vinná, citronová, mravenčí, mléčná, jablečná, octová, tartronová (hydroxypropandiová), D-galaktouronová, fumarová, propionová, uhličitá. Vjem kyselosti je úměrný koncentraci protonů v případě anorganických kyselin, které jsou ve vodném roztoku plně disociované, ale pro organické kyseliny to pravda není, což ukazuje i na vliv aniontu. Proto se řada dalších prací věnovala objasnění vlivu aniontu či nedisociované formě organické kyseliny. Kyselá chuť organických kyselin byla dávána do souvislosti např. s jejich hydrofobicitou, která by mohla napomáhat snadnějšímu průchodu kyseliny přes buněčnou membránu receptoru16. Již dříve bylo totiž zjištěno, že zavedení polárních funkčních skupin do molekuly organické kyseliny její kyselost sníží17. Ovšem jiné práce tuto teorii nepotvrdily18,19. Výsledky řady publikací vedly v roce 1996 k navržení chemické podstaty kyselé chuti jako analogii neutralizační reakce mezi kyselinou a bazí, kde receptor slouží jako báze20. Už jenom z tohoto krátkého přehledu je jasné, že závěry jednotlivých studií nejsou konzistentní, i když kyselost je považována za „jednoduchou“ základní chuť, protože její vnímání nevyžaduje stereoselektivní interakci složité molekuly s chuťovými receptory. Důvodů rozdílných výsledků může být několik. Předně je to různý způsob nastavení testů. Kyselost látek je testována buď na

a

Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Ústav experimentální botaniky AV ČR, Izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4, c Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové, d Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 [email protected] Došlo 15.2.15, přijato 17.4.15. Klíčová slova: přírodní látka, kyselá chuť, doplněk stravy, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Úvod Mechanismus účinku Látky kyselé chuti v potravinách Kyselé komponenty vína Látky ovlivňující vnímání kyselosti Závěr

1. Úvod V tomto článku, který tvoří další díl naší skládanky přírodních látek1–11, se věnujeme látkám vyvolávajícím kyselou chuť. Vnímání různých chutí slouží od nepaměti všem živočichům jako signál o bezpečnosti potravy. Sladká chuť naznačuje zdroj energie, hořká varuje před nebezpečím a slaná napomáhá dodávat organismu sůl, protože „soli je zapotřebí“, jak se říká v jedné známé pohádce. Kyselá chuť naznačuje, že potrava není zcela zralá nebo že může být nahnilá. Ovšem u lidí a možná i u některých zvířat přiměřená konzumace kyselých potravin vyvolává i příjemné pocity a navíc kyselé látky jsou důležité pro dobrou kondici organismu. Do potravin se přidávají pro zlepšení chuti a vůně, pro inhibici mikrobiální kontaminace a neenzymového hnědnutí a také na zlepšení gelotvorných vlastností, viskozity nebo teploty tání. Jako přídatná látka se v potravinách komerčně využívá např. kyselina octová, adipová, citronová, mléčná, jantarová, fumarová, vinná nebo jablečná.

63

Chem. Listy 109, 488–491 (2015)

dobrovolnících, zvířatech nebo izolovaných buňkách. Existují zásadní rozdíly ve vnímání kyselé chuti mezidruhové i uvnitř jednoho druhu21. Kyselou chuť významně ovlivňují i takové vlastnosti slin, jako je obsah iontů a pufrovací kapacita22,23. Mechanismus účinku silných a slabých kyselin je různý a problém je dále komplikován i tím, že receptorem jsou polarizované epitelové buňky s apikálními a bazolaterálními membránami různých vlastností. Ještě složitější je pak předpovědět a modifikovat kyselou chuť potravin a nápojů obsahujících často směs organických kyselin24. Pravděpodobný buněčný mechanismus vzniku kyselé chuti na chuťových buňkách zahrnuje především účinek protonů, které mohou přímo blokovat apikální hyperpolarizující K+ kanály, otevírat Ca2+ kanály nebo pronikat do buňky přes apikální Na+ kanály blokovatelné amiloridem. Ve všech těchto případech dochází k depolarizaci buněčné membrány, a chuťové buňky tak dávají signál k uvolnění neurotransmiterů a mozek vnímá kyselou chuť. Předpokládá se také, že slabé organické kyseliny mohou v neionizované podobě prostoupit buněčnou membránou, následně v intracelulárním prostoru disociovat, a tím vyvolat změnu elektrického potenciálu. Prací zaměřených na buněčný princip vnímání kyselé chuti je publikováno hodně, proto odkazujeme zájemce na referátové články21,24,25. Nicméně ani po sto letech studia vnímání kyselé chuti nebylo jasno, zda existuje v chuťovém pohárku nějaký speciální protein fungující jako senzor kyselé chuti, ačkoliv jeho hledání bylo vynaloženo velké úsilí. Až v roce 2006 byly zveřejněny dva průlomové články o identifikaci proteinů PKD2L1 a PKD1L3 jako kandidátů na tuto funkci. Experimenty s myšími buňkami exprimujícími tyto proteiny ukázaly, že reagují specificky na přítomnost kyseliny chlorovodíkové a citronové uvolňováním Ca2+ iontů, přičemž při stejné hodnotě pH byla odezva na kyselinu citronovou silnější26. Ve druhé práci byly k pokusům in vivo použity geneticky modifikované myši, které neexprimovaly protein PKD2L1 na chuťových buňkách27. Tyto myši vesele konzumovaly okyselenou potravu, kterou normální myši po ochutnání okamžitě odmítly. Buňky exprimující protein PKD2L1 byly překvapivě nalezeny i v míše a autoři předpokládají, že by mohly monitorovat hladinu protonů v nervovém systému. Od roku 2006 bylo publikováno mnoho dalších článků, které v podstatě potvrzují předchozí závěry.

jsou jablečná, citronová, vinná a fumarová. Mezi prostředky okyselování potravin patří nejčastěji kyseliny fosforečná, octová, adipová, citronová, fumarová, mléčná, jablečná, jantarová, vinná, fosforečná, a glukonoδ-lakton. Jejich kyselost klesá v řadě fosforečná > fumarová > vinná > jablečná > octová > citrónová > mléčná > glukonová29. Potravináři hodnotí i perzistenci kyselé chuti na jazyku a to např. v řadě od nejdelší: fumarová, mléčná, jablečná, citronová a vinná30. Merckův Index uvádí jako sloučeninu sladkokyselé chuti kyselinu cyklohexansulfamovou, svíravě kyselou sloučeninu H2Fe4O22S5, označovanou jako subsulfát železitý, bromovodík, jehož páry chutnají kysele, a inosin-5-fosfát s příjemnou kyselou chutí31.

4. Kyselé komponenty vína Hlavními komponentami vína, které přispívají k jeho kyselé chuti (aspektu), jsou kyseliny vinná, octová, jantarová, jablečná, citronová, mléčná a galaktouronová32. Kyseliny dávají vínům jejich charakteristickou svěží, lehce nakyslou chuť, ale přispívají i k trpkosti, hořkosti, slanosti, ovocnému tónu a některé i k vůni. Alkohol, cukry, minerální látky a další komponenty mohou zmírnit kyselost kyselin a dát vínům rovnováhu. Některé kyseliny jsou přirozeně přítomné v základních složkách vína (vinná, jablečná a citrónová), zatímco jiné jsou vedlejšími produkty kvašení (kyselina mléčná, jantarová a octová). Vína s malým obsahem kyselin bývají chuťově chudá a plochá. Nejdůležitější role kyselin v potravinách a tím i ve víně tkví v jejich schopnosti zastavit, nebo alespoň zpomalovat růst mnoha potenciálně škodlivých mikroorganismů, které by chuť vína zhoršily. Druhou důležitou vlastností je schopnost účasti spektra kyselin na transesterifikacích. Kyselina vinná se v ovoci, kromě vína často nevyskytuje. U vína je však kyselinou převládající. To je důležité, protože je to nejsilnější a chuťově nejvýraznější kyselina přítomná u révových vín a se svými draselnými a vápenatými solemi do značné míry řídí (pufruje) efektivní kyselost (pH) těchto vín. Její kvantitativní nedostatek může tak přispět k mnoha problémům vína. Kyselina jablečná je jedním z nejrozšířenějších kyselin v ovoci a zelenině, ze kterých jsou vyrobena různá vína. V teplejších klimatech je kyselina jablečná méně zastoupena ve zralých plodech než v chladnějších klimatických podmínkách, ale v obou podnebných pásmech se její koncentrace se zráním zmenšuje. Vyšší koncentrace kyseliny jablečné má tendenci přispět k chuti ostrou kyselostí, takže snížení její koncentrace je často hlavním faktorem při „mírnění“ nebo „vyhlazení“ příliš kyselé chuti moštu. Jeden způsob, jak to udělat, je nechat mošt déle kvasit, neboť 20–30 % původního množství kyseliny jablečné je vydýcháno během fermentace. V případě, že fermentovaná kapalina stále obsahuje příliš mnoho kyseliny jablečné, je třeba podpořit jablečno-mléčné kvašení, kterým se kyselina jablečná převede na slabší kyselinu mléčnou. Vysoký obsah kyselina mléčné ale může být na škodu, protože při

3. Látky kyselé chuti v potravinách Nejběžnější potraviny, které obsahují přirozeně kyselé složky, jsou ovoce, jako je citron, jablko, višně, broskev, hrozny, pomeranč, tamarind, jahody, hrozno, mango a někdy meloun. Víno může mít také kyselý nádech a chuť, pokud není správně skladováno, podobně jako zkyslé mléko. Bylo popsáno, že děti v USA mají větší požitek z kyselých chutí než dospělí28, přičemž většina potravinářských výrobků kyselé chuti pro děti obsahuje kyselinu citrónovou. Nejběžnějšími kyselinami z ovoce 64

Chem. Listy 109, 488–491 (2015)

kvašení může podpořit procesy, které produkují zápach zkaženého mléka nebo kysaného zelí. Kyselina citronová se v hroznech vyskytuje méně, ale je hlavní v mnoha dalších druzích ovoce a často se přidává do vína ke zvýšení kyselosti, doplnění specifické chuti nebo k zabránění kovové pachuti. U hroznového vína ale zmizí během kvašení v podstatě stejným způsobem, jako kyselina jablečná. Pokud se přidá do téměř hotového vína ke zvýšení kyselosti, kyselina citronová sice dává vínu svěží chuť, která se však zdá být umělá. Kyselina octová je těkavá a detegovatelná čichem. Jedná se o přirozenou součást většiny vín ve velmi malých množstvích, ale může být i sekundárně tvořena některými bakteriemi ve styku se vzduchem. Kyselina jantarová je produktem kvašení a bývá ve stopových množstvích ve všech vínech. Chuť, kterou dodává, je směs kyselé, slané a hořké. Co je ale považováno za významné, je to, že lépe než ostatní kyseliny ve víně má schopnost produkovat bohaté, svěží estery transesterifikací během procesu stárnutí. Kyseliny askorbová, máselná, sorbová, jantarová, citramalová ((2R)-2-hydroxy-2-methyljantarová), dimethylglycerová, galakturonová, glukuronová, glukonová, ketoglutarová, slizová, šťavelová a hroznová jsou také přítomny v hroznovém moštu ve stopových množstvích a přispívají k celkové kyselosti či různým vadám vína ale, co je významné, rozšiřují paletu transesterifikací33, při kterých se zvolna navozuje rovnováha mezi směsí esterů, volných kyselin a alkoholů a solí kyselin.

konformace proteinu tak, že může druhým ligandovým místem interagovat s receptorem pro sladkou chuť. Tato hypotéza je podložena pozorováním, že vjemy slanosti, hořkosti či sladkosti nejsou ovlivněny po vypláchnutí úst roztokem mirakulinu37.

6. Závěr Mohlo by se zdát, že objasnění vzniku kyselé chuti, která je vyvolávána tak malou molekulou, jako je oxoniový kation vznikající disociací kyselin, je jednoduché. Jak ale ukazuje tento článek, přesný mechanismus není detailně rozluštěn ani dnes. Přehled přírodních látek kyselé chuti ukazuje zajímavost této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiverzity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci, například potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi. Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV č. QI111A166. LITERATURA 1. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 2. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 3. Čopíková J., Wimmer Z., Lapčík O., Cahlíková L., Opletal L., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 108, 1053 (2014). 4. Cejpek K.: Chem. Listy 108, 426 (2014). 5. Čopíková J., Moravcová J., Wimmer Z., Opletal L., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 107, 867 (2013). 6. Čížková H., Ševčík R., Rajchl A., Pivoňka J., Voldřich M.: Chem. Listy 106, 903 (2012). 7. Jelínek L., Karabín M., Kinčl T., Hudcová T., Kotlíková B., Dostálek P.: Chem. Listy 107, 209 (2013). 8. Krejzová E., Bělohlav Z.: Chem. Listy 108, 17 (2014). 9. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 10. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, 1002 (2007). 11. Opletal L., Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 895 (2007). 12. Richards T. W.: J. Am. Chem. Soc. 20, 121 (1898). 13. Harvey R. B.: J. Am. Chem. Soc. 42, 712 (1920). 14. Beatty R. M., Cragg L. H.: J. Am. Chem. Soc. 57, 2347 (1935). 15. McLaughlin S., Margolskee R.F.: American Scientist 82, 538 (1994). 16. Gardner R. J.: Chem. Senses Flav. 5, 185 (1980). 17. Chauncey H. H., Feller R. P., Shannon I. L.: Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 112, 917 (1963). 18. Noble A. C., Philbrick K. C., Boulton R. B. J.: Sens.

5. Látky ovlivňující vnímání kyselosti Je zajímavé, že slané a kyselé součásti potravy zvyšují navzájem pocit slanosti a kyselosti při nízkých koncentracích, ale mají opačný efekt při vyšších koncentracích. Podobně hořké a kyselé látky mohou buď zvýšit, nebo potlačit druhou chuť v závislosti na koncentraci34. Kyselý vjem snižuje i extrakt droždí, obsahující více než 20 % rozvětvených aminokyselin, jako leucin, isoleucin a valin z celkového obsahu aminokyselin, a méně než 3 % mononukleotidů35. Ovšem zcela unikátní sloučeninou potlačující kyselou chuť je protein mirakulin obsažený v červených bobulích keře Richadella dulcifica, synonymum Synsepalum dulcificum, jehož vlastí je západní Afrika. Protein sám není sladký, ale je schopný kyselou chuť převést na sladkou, např. žvýkání bobule změní kyselou chuť citronu na sladkou chuť pomeranče36. A nejen to. Mirakulin způsobí, že i různé kyseliny (chlorovodíková, šťavelová, mléčná, mravenčí, octová a citronová) chutnají sladce a síla vjemu závisí na kyselosti a pH roztoku kyseliny37. Mirakulin je glykoprotein složený ze 191 aminokyselin a obsahuje dva oligosacharidové epitopy navázané na Asn-42 a Asn-186; molekulová hmotnost je 42,6 kDa (cit.38,39). Pravděpodobný mechanismus účinku mirakulinu spočívá v jeho navázání na membránu chuťového receptoru v těsném sousedství receptoru pro sladkou chuť. V kyselém prostředí se změní 65

Chem. Listy 109, 488–491 (2015)

Stud. 1, 1 (1986). 19. Norris M. B., Noble A. C., Pangborn R. M.: Physiol. Behav. 32, 237 (1984). 20. Shallenberger R. S.: Food Chem. 56, 209 (1996). 21. DeSimone J. A., Lyall V., Heck G. L., Feldman G. M.: Resp. Physiol. 129, 231 (2001). 22. Lugaz O., Pillias A. M., Boireau-Ducept N., Faurion A.: Chem. Senses 30, 89 (2005). 23. Heinzerling C. I., Stieger M., Bult J. H. F., Smit G.: Chem. Percept. 4, 145 (2011). 24. Da Conceicao Neta E. R., Johanningsmeier S. D., Drake M. A., McFeeters R. F.: J. Food Sci. 72, 352 (2007). 25. Kinnamon S. C.: Ciba Found. Symp. 179, (Issue: Mol. Basis Smell Taste Transduct.) 201 (1993). SciFinder Acc. No. 1994:601336. 26. Ishimaru Y., Inada H., Kubota M., Zhuang H., Tominaga M., Matsunami H.: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 12569 (2006). 27. Huang A. L., Chen X., Hoon M. A., Chandrashekar J., Guo W., Tränkner D., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 442, 934 (2006). 28. Liem D. G., Mennella J. A.: Chem. Senses 28, 173 (2003). 29. Berry S. K.: J. Food Sci. Technol.-Mysore 38, 93 (2001). 30. Jarrett T. N.: The Manufacturing Confectioner March, 58 (2012). 31. The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 32. Wolf L. K.: Chem. Ing. News, Sept. 22, 28 (2014).

33. Keller J.: Winemaking home page; http:// winemaking.jackkeller.net/ staženo 27/10 2014. 34. Breslin P. A. S.: Trends Food Sci. Technol. 7, 390 (1996). 35. Shimokawa H., Tanisawa J.: JP 2014200212 (2014). 36. Kurihara K., Beidler L. M.: Science 161, 1241 (1968). 37. Kurihara K., Beidler L. M.: Nature 222, 1176 (1969). 38. Theerasilp S., Kurihara Y. J.: Biol. Chem. 263, 11536 (1988). 39. Theerasilp S., Hitotsuya H., Nakajo S., Nakaya K., Nakamura Y., Kurihara Y. J.: Biol. Chem. 264, 6655 (1989). O. Lapčíka, Z. Wimmera,b, L. Opletalc, J. Moravcováa, J. Čopíkovád, and P. Drašara (a Isotope Laboratory, Department of Chemistry of Natural Compounds, University of Chemistry and Technology, Prague, b Isotope Laboratory, Institute of Experimental Botany, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, c Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Faculty of Pharmacy, Charles University, Hradec Králové, d Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, University of Chemistry and Technology, Prague): Natural Taste-Sour Substances A brief survey of naturally occurring sour compounds is given. It can contribute to the knowledge of the biodiversity of secondary metabolites which can be utilized among others, in food, cosmetic and pharmaceutical industry. The beauty and biodiversity of this group of mostly secondary metabolites are illustrated. The review is also aimed at teachers and students.

66

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

PŘÍRODNÍ LÁTKY HOŘKÉ CHUTI

LUBOMÍR OPLETALa, JANA ČOPÍKOVÁb, MICHAL UHERc, OLDŘICH LAPČÍKd, JITKA MORAVCOVÁd a PAVEL DRAŠARd

ologicky významných látek. Drogy využívající se pro svůj obsah hořčin se nazývají „amara“ a v přiměřených dávkách zlepšují chuť k jídlu, podporují sekreci žaludečních šťáv a jejich kyselost. Dále jsou hořčiny obsaženy m. j. i ve skupině drog zvané cholagoga, která podporují vyprazdňování žlučníku (cholekinetika) a nebo podporují tvorbu žluči (choleretika). Velké množství hořčin se spotřebuje v potravinářském průmyslu na výrobu likérů, aperitivů a jiných hořkých nápojů. Dnes jsou zejména vyhledávány hořké látky netoxické a nemající svíravou (adstringentní) chuť. Pokud hodnotíme hořké drogy z hlediska potravinářského, jeví se jako cennější takové, které mají hořký princip podložen několika různými hořčinami, jejichž účinek je synergicky vyvážen do čistě hořké chuti. Rozsáhlou diskusi vlivu směsi hořčin a hořké chuti

a

Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové, b Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, c Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava, d Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 [email protected] Došlo 24.5.07, přijato 12.9.07.

Klíčová slova: přírodní látka, hořčiny, potravní doplněk, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Úvod Tradiční potravinářské přísady silně hořké chuti Tradiční potravinářské přísady hořké chuti Ostatní známé hořké sloučeniny Trocha teorie o chuti hořké Závěr

1. Úvod Článek je dalším z řady přehledů, ve kterých popisujeme rozmanitost přírodních látek1−8 a který může sloužit i jako vhodná učební pomůcka*. Hořká chuť je jedním z pěti chuťových principů (sladký, slaný, kyselý, hořký a umami)9. Organoleptický vjem na různé chuti může být přidáním hořké komponenty značně modifikován, což od nepaměti vědí např. lihovarníci10. Ve farmakognozii se uvádí termín hořčina (hořký princip). Mezi hořčiny se řadí takové sloučeniny obsažené v rostlinách, které jsou hořké chuti a mají současně farmakologický účinek: stimulací nejspíše přes nervus vagus navozují m. j. vylučování trávicích enzymů a dalších, fyzi-

Obr. 1. Reprodukce části strany 59 z citace10; foto archiv autora (PD)

* Autoři upozorňují na nedořešený aspekt českého názvosloví, který je zvláště vidět na příkladu přírodních látek, pojmenovaných podle cizích botanických názvů. České chemické názvosloví zatím systematicky nevyřešilo, kdy např. „c“ se mění na „k“ a kdy nikoli. V článku jsou použity známé termíny v počeštěné verzi, méně užívané ve verzi mezinárodní.

67

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

v kombinaci s chutí sladkou dokumentuje Štaffl10 mnoha recepturami, m. j. i recepturou tuze zajímavou (obr. l). Přehledných článků je zatím poskrovnu11, neb téma je velmi obtížné pro svoji rozmanitost jak chemickou, tak taxonomickou, proto byl užitečným zdrojem informací pro tento článek i Merck Index12 a moderní kompendium o ochucovadlech13. Skromná je i legislativa, z hlediska potravinářské legislativy mohou být určité sloučeniny s hořkou chutí součástí přídatných látek zvýrazňujících chuť a vůni14,15. Vzhledem ke složitosti vnímání hořké chuti jsou i úvahy o vztahu mezi strukturou a aktivitou zatím skromné a podle současných znalostí autorů patrně takové ještě delší dobu budou. Některé teorie hodnotí hořký vjem jako vlastnost lidí, vyvinutou původně k rozeznání jedovatých látek16,17, neboť některé toxické alkaloidy či glykosidy (např. kardenolidy, bufadienolidy) jsou látkami hořkými. Hořčiny jsou tvořeny heterogenní skupinou sloučenin vyskytujících se často ve formě glykosidů; u některých dokonce není ani chemická struktura známa, proto se jejich koncentrace stanovuje pomocí čísla hořkosti, tj. takovou nejnižší koncentrací výluhu drogy, která ještě vyvolává hořkou chuť. Tak např. 1 gram látky rozpuštěný ve 20 000 ml vody poskytne hořký roztok s hořkostí vyčíslenou hodnotou 20 000. Extrakt kořenu hořce18 má tuto hodnotu 58 000 000. Číslo hořkosti je základní lékopisnou charakteristikou pro hořčinné drogy19.

HO

OH OH O

HO O

O O

O

OH OH

O O

OH

O

OH

aloeresin C Tak např. hořký aloeresin C byl izolován z aloe kapské (Aloe ferox Mill.). HO

OH O

OH

O HO

O

O

HO

OH

O

H O

O

OH

H

OH OH

OH OH OH

aloenin barbaloin

2. Tradiční potravinářské přísady silně hořké chuti

Aloenin (aloenin A, aloekarbonasid), je hořkým principem drogy z aloe stromovité (Aloe arborescens Mill.) a barbaloin (diastereoisomerní směs aloinu A a B) z jiných druhů aloe (např. Barbados aloe). Tyto hořčiny jsou i účinnými projímadly, kteroužto vlastností se může chlubit většina zástupců rodu aloe. Je zajímavé, že se projímavý účinek hořkých likérů jevil jako žádoucí10. Chiretta, chirayta (Herba chirettae), je droga získávaná z byliny rostoucí v Indii a Japonsku (Swertia chirata (Wall.) C. B. Clarke, Ophelia chirata Griesb., Gentianaceae), která obsahuje amarogencin, jednu z nejvíce hořkých sloučenin, 10krát více hořkou než brucin. Dále pak hořké principy20 chiratin (C26H48O15), což jsou údajně dvě sloučeniny a ofelovou kyselinu (C13H20O10).

Jakkoliv při třídění látek na hořké a silně hořké podle tohoto principu hodnotíme spíše samu drogu, která je použita v potravinářství či k výrobě léčivých přípravků a léčiv, podržíme se ho, neboť je pro tyto oblasti lidské činnosti důležité. Štaffl10 uvádí jako základní „nejsilnější hořké“ přísady, používané v likérnictví: aloe (Aloe lucida), chiretta (Herba chirettae), pelyněk, který dělí na Herba absinthii (pelyněk pravý), Herba absinthii pontici (nevhodně označená nať pelyňku pontského) a Herba genepi. Zjistit dnes, co je to herba genepi (Genepikraut, Genepi des Alpes), je obtížné. Je možné, že herba genepi je nať Artemisia glacialis L., Asteraceae, často bývá tato droga používána jako falšování nebo spíše náhražka jiné rostliny označené jako Herba Ivae moschatae (synonymem Herba achilleae moschatae, Achillea moschata Wulfen, která se taky označuje jako Herba genippe veri), a kvasiové, též quassiové dřevo (Lignum quassiae). Aloe, rod mnoha druhů (Aloe barbadensis Mill., A. sucotrina Lam. (syn. A. socotrina DC.), A. chinensis Bak. (resp. správně A. vera (L.) Burm. F.), Asphodelaceae), je známá pronikavou hořkostí některých z nich. Hořkost způsobují anthrony a chromony v nich obsažené, většinou ve formě O- a C-glukosidů (pro jednoduchost a paralelu používáme přežitý termín „C-glykosid“, když obecně jde o glykosylderivát, či v tomto případě „S-chromenyl-D-glucitol“).

OH OH

HO O O O

O O

O

O OH OH OH

amarogencin

68

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

Pelyněk pravý, Artemisia absinthium L. (Asteraceae), je znám svojí hořkostí, která je způsobena hořkým dimerickým sekviterpenovým laktonem absinthinem (absinthiin, absynthin) a podobnými látkami a jejich glykosidy. Obsahuje také známý α-thujon, který je považován za určitý typ halucinogenu. Je též známo, že navozuje křeče a při delším používání vyvolává psychické poškození.

O

O

O OH

HH O

H O

absinthin Kvasiové dřevo, pocházející z kmene a větví jamajského stromu PicraSna excelsa Lindl. (Simaroubaae), též známém jako Picrasma excelsa Swartz (Planchon) a stromu hořkoň Quassia amara L., Simaroubaceae, známém pod obchodním jménem Surinam quassia jsou zdrojem amaroudů, jako kvasin, pikrasmin (isokvasin) a neokvasin, používané jako hořčiny21, jde o triterpenové neglykosidické sloučeniny, farmakologicky disponující také insekticidní a zčásti amoebocidní aktivitou. Číslo hořkosti dřeva je již samo vysoké, 40 000−50 000. O

O

H

O

HO

H

OH

H

neokvasin

H

H H H

O

O OH

O O

Cortex chinae je sušená kůra z chinovníku (či chininovníku), např. chinovníku červeného (Cinchona succirubra Pav.) obsahující chinolinový alkaloid chinin používaný k léčení malárie a při výrobě limonády. Přímým působením na centrální nervovou soustavu má chinin antipyretické, analgetické, lokálně anestetické a sympatolytické účinky, bývala to hlavní součást tzv. Harburnových prášků. Z kůry chinovníku červeného byla izolována i velmi hořká kyselina chinová, hořčina triterpenového typu, která se vyskytuje ve formě glykosidu chinovinu.

O

H

H

O

O O

O

genciopikrosid O

kvasin

O

O

OH

H

O H

O

O

trachelogenin

HO

O

H H

O

O

O

O O

HO

Další silně hořkou drogou je kořen hořce (především Gentiana lutea L., Gentianaceae, Radix gentianae), který obsahuje iridoidní hořčiny, které zvyšují produkci trávicích šťáv a pozitivně působí na zažívání. Název získal podle ilyrského krále Gentia, který jím léčil mor. Někdy používaný výraz Radix gentianae rubrae je starý výraz pro kořen žlutého hořce, pro který se dnes používá jen výraz Radix gentianae (někdy R. g. lutaeae). Je to výraz historický a lze ho chápat tak, že R. g. rubrae je určen pro kořeny, které byly fermentovány a určeny především pro likérnictví, kdežto konvenčním způsobem usušené kořeny nebyly načervenalé a byly určeny jako farmaceutická surovina – lišily se však vůní a také chutí, zejména doznívající (aftertaste). Hlavními hořkými substancemi hořce jsou amarogencin (viz chiretta) a genciopikrosid, který má číslo hořkosti 12 000.

H

O

O

OH

OH

H O

OH

O

OH

knicin

OH H H

O

O

pikrasmin (isokvasin)

HO H

O

Druhou kategorií hořkosti podle Štaffla jsou přísady „silně hořké“. Patří sem např. čubet, nať benediktu lékařského (Cnicus benedictus L., Herba cardui benedicti, Asteraceae) obsahuje hořké látky charakteru seskviterpenových laktonů. Hlavní hořčinou je seskviterpenový lakton, germakranolid knicin (cynisin, centaurin). V semenech se vyskytují lignanové laktony, jako trachelogenin, které přispívají k hořké chuti22,23.

N H H

N

chinin

HO

H

OH O

kyselina chinová

69

O OH

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

Kolombový kořen (Radix colombo), Calumba, kořen liany Jateorhiza palmata Miers, (Menispermaceae), obsahuje jako hlavní hořký princip kolumbin, jehož hořkost je udávána číslem 60 000. Dále obsahuje benzylisochinolinové (protoberberinové) alkaloidy jateorhizin (jatrorrhizin) a palmatin, které jistě hořké chuti neuberou.

ceutického, tak potravinářského použití.

3. Tradiční potravinářské přísady hořké chuti Třetí Štafflovou kategorií jsou přísady „hořké“. Uvádí pravou angosturou z kůry stromu Cusparia febrifuga (DC), Rutaceae24, která obsahuje jako hlavní hořký princip alkaloidy galipin, kusparin, kusparein, galipinin a příbuzné sloučeniny. Jiné prameny uvádí, že angostura pochází z Galipea officinalis Hancock (Rutaceae); tato substance má dokonce registrační číslo CAS 977000-22-8. Situace je zde z botanického hlediska složitější: Cusparia fubrifuga Baill. je synonymum pro všeobecně užívaný název Gallipea officinalis Hancock; pod tímto označením tuto rostlinu běžně najdeme stejně jako drogu z ní. Synonyma pro tuto problémovou rostlinu jsou: Angostura cusparia ROEM et SCHULT., Angostura trifoliata (WILLD.) ELIAS, A. vera, Bonplandia angostura RICH., B. trifoliata WILLD., Cusparia angustura RICH., C. febrifuga HUMB., C. officinalis (WILLD.) ENGL., C. trifoliata ENGLER, Galipea cusparia ST. HIL., Galipea febrifuga BAILL.

O

O

H

O

O

O

HO

kolumbin O

O

O

OH

+

+

N

O

N

O

jateorhizin

O

O

O

O

O

O

palmatin

Významnou silně hořkou surovinou je tzv. hořký jetel, vachta trojlistá Menyanthes trifoliata L. (Menyanthaceae), kde je hlavním hořkým principem loganin (menyanthin). O

O H

HO

O

HO

O

H

OH

O

O

galipin

O

O O

O

OH

O

OH O

H3C

kusparin

H3C

O

O

O

O CH3 N

CH3 N

OH

OH

OH

loganin

N

OH H

OH

O

N

kusparein

centapikrin

galipinin

Kaskarilová kůra (Cortex cascarillae) získávaná ze stromu Croton eluteria Benn. (Euphorbiaceae), obsahuje hořkou krystalickou látku kaskarillin.

Důležitou přísadou při výrobě likérů je i zeměžluč lékařská, Centaurium erythraea Rafn. (Gentianaceae), která obsahuje hořký sekoiridoidní glukosid centapikrin. Zeměžluč patří mezi nejstarší léčivé rostliny světa; její starý název byl Fel terrae – žluč země, jak ji označoval Plinius. Dioskorides ji podle bájného kentaura označoval jako kentaurion mikron. Číslo hořkosti květů je 12 000 a nati 2000. Je nutné konstatovat, že v současné době jsou tyto tzv. „čisté“ hořčiny iridoidního typu (hořec, vachta, zeměžluč) pokládány za nejvhodnější z hlediska jak farma-

HO O

HO

O

O H

HO

O

O

O

OH

kaskarillin 70

marrubiin

Chem. Listy 101, 895−906 (2007) O

Ožanka čpavá, Teucrium scordium L., stejně jako jablečník obecný, Marrubium vulgare L. (oba taxony z čeledi Lamiaceae), jsou hořké díky obsahu diterpenu marrubiinu. Marubiin je uváděn v prostředcích proti chrápání. Pukléřka islandská (mech islandský), Cetraria islandica (L.) Acharius ssp. antarctica Kärnef (Parmeliaceae), obsahuje hořké lišejníkové kyseliny, např. depsidy kyseliny fumarprotocetrarovou a protocetrarovou.

O

O

O

O H

H

limonin

O

HO

O

O

Chmel otáčivý, Humulus lupulus L. (Cannabaceae) obsahuje α-hořké kyseliny, skládající se převážně z humulonu, kohumulonu a adhumulonu, β-hořké kyseliny (lupulon, kolupulon, adlupulon), nespecifické měkké pryskyřice (humulinony, luputriony), tvrdé pryskyřice (humulinové a hulupinové kyseliny)26−28 a další prenylderiváty floroglucinolu. Nejvíce je v samičích květech obsažen humulon (2–6 %) a lupulon (8–12 %), vzájemný poměr hořčin a jejich složení závisí na odrůdě chmelu. Nejdůležitější z hlediska chuťových účinů a bakteriostatických vlastností jsou tzv. isosloučeniny vznikající z hořkých kyselin během vaření piva. Isohumulony však také modulují hladiny krevních lipidů cestou aktivace PPAR (peroxisome proliferator-activated receptors). Isohumulon se vyskytuje ve formě trans (4S,5S) a cis (4R,5S); nejčastěji je však pod CAS RN 25522-96-7 uváděn isohumulon bez rozlišení chirality. Je nutno připomenout, že škála odvozených derivátů vyskytujících se v pivu, ať to jsou sekundární metabolity, nebo produkty zpracování, je široká.

OH

HO OH OH

O O

O

O

protocetrarová kyselina

OH O

O O

OH

HO O

atranorin Z řady lišejníků byla izolována další z lišejníkových kyselin, hořký atranorin. Podle Štaffla je čtvrtou, nejslabší kategorií hořkých přísad typ „aromatický a mírně hořký“. Sem zařazuje např. kůru plodů zralých i nezralých citrusů, která obsahuje hořké látky. Některé z nich jsou používány jako chuť zesilující a upravující sloučeniny25, jako např. nomilin, limonin (citrolimonin, diktamnolakton, evodin, obakulakton), naringin ((2S)-naringin, naringenin-7-rhamnoglukosid, naringosid) a jejich kombinace, většinou na koncentrační úrovni počátku chuťové detekce. Podstatu hořkosti plodů a květů grapefruitů (Citrus paradisi Macf., Rutaceae) tvoří naringin (aurantiin).

O HO HO

O OH O

OH O

lupulon O

O

5 4

O H H

O O

OH

humulon

O

O O

OH

naringin

O

fumarprotocetrarová kyselina

O

HO

OH

O

O

OH

O

O

OH

O

O

OH

O

O

O

HO

O

O O

HO

O

HO

O

O

HO

O

OH

O

O

OH OH

isohumulon

nomilin

71

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

Některé drogy, které jsou uvedeny na Štafflovu seznamu hořkých ingrediencí, řepíček mochnovitý Aremonia agrimonoides L., Rosaceae, vítod hořký krátkokřídlý Polygala amara L. subvar. brachyptera Chodat, kořen reveně (dlanité: Radix rhei; bulharské: Radix (rhei) rhapontici, Polygonaceae), květ a nať řebříčku obecného (Herba et flores milefolii, Achillea millefolium L., Asteraceae) [podle Štaffla cypřiš polní (Herba Ivae)] ořechové slupky (Pericarpium juglandis) zůstaly zatím stran hořkých komponent chemicky nepopsány. Jiné, jako např. „choroš modřínový Agaricus albus“, jsou soudobé botanické nomenklaruře neznámy.

HO O O O

OH

HO

HO

H

H O O

O

obakunon

Známá sloučenina z hořkých mandlí (Amygdalus communis R.J.Roemer var. amara, syn. Prunus dulcis (Mill.) D. A. Webb. var. amara (DC.) Buchheim, Amygdalaceae) je amygdalin, gentiobiosid benzaldehydkyanhydrinu.

OH

O

HO O

H

H

H

O

O

momordikosid A O

amygdalin

OH

Hořké diterpeny, rabdosianon I a II byly izolovány31 z japonské rostliny Isodon japonicus Hara (syn. Plectrantus japonicus Koidz., Lamiaceae). Z příbuzného I. kameba Okuyama byl izolován kamebanin32. Hořký je i isodomedin, izolovaný z I. shikokianus. Na příkladu těchto entkauranů byl vysloven strukturně-molekulární předpoklad vjemu hořké chuti. Ke studii byly použity skeletálně modifikované diterpeny abietan, kauran, podokarpan a labdan. Dále byly zahrnuty sloučeniny jako enmein, cesalpiny,

29

Hořké glukosidy arvenin I a II byly izolovány z drchničky rolní Anagallis arvensis L. (Primulaceae); později byly identifikovány další hořké glukosidy30. OH

HO

HO

O

OH

OH

N

HO

OH

O

HO

O

O

H

OH

HO

O

OH

O

O

O O

OH OH

HO

HO

H

O

HO

OH OH

HO

kukurbitacin A

H

4. Ostatní známé hořké sloučeniny

HO

O

O H

O R OH

H

H

O

O

H

O O

arvenin I, R = −CH=CHCMe2OAc arvenin II R = −(CH2)2CMe2OAc

H

O

O OH

H

OH

rabdosianon I

Skupina příbuzných hořkých kukurbitacinů byla izolována z dýní (čeleď Cucurbitaceae). Podobné příbuzné momordikosidy se vyskutují v hořké okurce Momordica charantia L. (Cucurbitaceae). Obakunon patří k hořkým limonoidům citrusů a byl nalezen i v korkovníku amurském, Phellodendron amurense Rupr. (Rutaceae), který je používán k léčení průjmů a zánětů (v tomto případě však spíše díky obsahu protoberberinových alkaloidů, zejména berberinu).

O

OH

OH H

OH OH

kamebanin 72

OH

rabdosianon II

OH

H

H

O

OH

H O

O

H

OH

isodomedin

O

O

Chem. Listy 101, 895−906 (2007) O

marrubiin, chaparrin, klerodin a kolumbin. Má-li být sloučenina této skupiny vnímána jako hořká, musí obsahovat alespoň jednu „jednotku“, která se skládá z donoru a akceptoru protonu, přičemž tyto dvě skupiny musí být od sebe vzdáleny 0,15 nm, a umožňovat tak vznik vodíkové vazby33. OH

H H

O

OH

O

O

O

O

OH

O

O O

enmein

HN

H N

O O

O

NH2

O

H

O O

O

H

O

NH

OH

bufotoxin

O

O

O O

HO

OH

HO

klerodin

OH O O

OH

OH HO OH

O HO HO

O

O

HO HO

H

H

OH

H

δ-cesalpin

H

H O

Koriamyrtin je hlavní toxický a hořký princip listů a plodů Coraria myrtifolia L., Coriariaceae. β-Glukogallin je hořká látka (glukotannoid) z rebarbory lékařské, Rheum officinale Baill., Polygonaceae. Podobným malým glykosidem je i glukovanilin hořká látka ze zelených tobolek vanilky Vanilla planifolia Jacks. ex Andrews, Orchidaceae. Hořký je i alkaloid harman z kůry kubánského mahagonu Sickingia rubra (Mart.) K. Schum. (syn. Arariba rubra Mart.), z čeledi Rubiaceae.

O

Z nerozvitých květenství rostlin pelyňků, Artemisia sp., zvláště Artemisia maritima L. (Asteraceae) byly izolovány hořké terpeny artemisin, artabsin a anabsinthin.

O

H

H HO

O

H O

O O

O HO

artabsin

artemisin

N H

O

OH

harman

O

H O

O

HO

O

glukovanilin

OH H HH H

N

HO

H

O

OH OH

β-glukogallin

koriamyrtin

chaparrin

OH H

HO

O

OH

O

H

HH

O

H O

O O

O

OH

helenalin

anabsinthin Hořký je i bufotoxin, hlavní toxin jedu běžné evropské ropuchy Bufo vulgaris. I další bufadienolidy (např. scillaren A v mořské cibuli, Urginea maritima (L.) Baker, Hyacinthaceae) jsou také hořké.

Hořkost salátu (locika setá, Lactuca sativa L., Asteraceae), ale i příbuzné lociky jedovaté, Lactuca virosa L., a listové čekanky, Cichorium intybus L., Cichoriaceae)

73

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

způsobuje azulenový derivát laktucin, též uváděný jako analgetikum a sedativum34.

Z opia byl izolován ostře hořký mekonin, jenž se vyskytuje také ve vodilce kanadské, Hydrastis canadensis L., Hydrastidaceae. Hořký lykopodin se vyskytuje v plavuníku zploštělém Diphasiastrum complanantum (L.) Holub (syn. Lycopodium complanatum L.), či plavuni vidlačce, Lycopodium clavatum L., Lycopodiaceae, tedy v rostlinách vyznačujících se antipyretickým účinkem. Hořký olejovitý (−)-menthon je nejběžnějším optickým isomerem menthonu, který se nalézá v řadě vonných olejů rostlin především z čeledi Lamiaceae (máta peprná, Mentha x piperita L., aj. taxony).

OH O O O

laktucin OH

Hořký helenalin, pseudoguajanolid, seskviterpenový lakton byl izolován ze zápleváku podzimního, Helenium autumnale L., a hořkého H. amarum (Raf.) H. Roch, i malohlavého H. microcephalum DC., Asteraceae. V čeledi Asteraceae jsou hojně zastoupeny seskviterpenové laktony. Cynaropikrin (seskviterpen guajanolidového typu) je hlavní obsahovou komponentou hořčinné frakce listů jak artyčoků (artyčok zeleninový Cynara scolymus L., artyčok kardový C. carduncullus L.), tak v současnosti významné rostliny parchy saflorovité (Leuzea carthamoides (Willd.) Iljin. Listy obou rostlin nalezly použití ve formě čajoviny a extraktů jako roborans, tonikum a digestivum35. V případě parchy saflorovité je tento zdroj o to zajímavější, že obsahuje frakci ekdysteroidů (především 20-hydroxyekdyson).

H

O O O

O

N

O

H

mekonin lykopodin

O

(−)-menthon O

H HO

O

Methoxsalen je látka z řady rostlin Fabaceae, Apiaceae a Rutaceae, která se projevuje po odeznění hořké chuti pocitem brnění. Je to o to zajímavější, že je téměř nerozpustná ve vodě.

OH

H

H HO

cynaropikrin O

O

O

V oddencích stulíku žlutého (Nuphar luteum L., Nymphaeaceae) se nachází alkaloid nufaridin, který je jako volná báze bez chuti, leč ve formě solí je hořký. Alkaloid oxyakanthin (vinetin) z kořenů dřišťálu obecného Berberis vulgaris L., Berberidaceae je jako volná báze sice hořký, ale opět téměř nerozpustný ve vodě. H +

N

H O

O

O

H

O

O

O

O

khellin

O

O

O

H

N

O

H

nufaridin

OH O

-

O

OH N

methoxsalen

O

Hořký khellin (visammin) je ze semen morače zákrovnatého, Ammi visnaga Lam., Apiaceae a je jednou z aktivních složek egyptské tradiční drogy známé jako „khella“. Lappakonitin je hořká substance z oddenků a listů několika různých omějů Aconitum sp. (Helleboraceae). Jak to již u alkaloidů, natož z oměje, bývá, je značně jedovatý. V omějích se vyskytuje několik dalších hořkých diterpenových alkaloidů podobné struktury, jako lykoktonin, roylin aj., které se používají jako analgetika při neuralgiích a artritidách. O

O

O

H

N

NH O

H O OH

O

oxyakanthin lappakonitin 74

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

Hořký glykosid pikrokrocin je izolován z blizen šafránu setého, Crocus sativus L. Iridaceae. Velmi hořký pikromycin (pikromycin, albomycetin, amaromycin) je izolován jako prvé makrolidové antibiotikum z aktinomycet, je zařazován také do skupiny polyketidů. Je zde syntetizován skupinou enzymů polyketidových synthas.

Retamin z kůry a mladých větviček kručinky Genista sphaerocarpa Lam., Fabaceae, je opět jedním ve vodě nerozpustným alkaloidem, který je hořký. Hořký glykosid rhododendrin (betulosid) je izolován z listů řady pěnišníků, Rhododendron sp., Ericaceae. N

O

N

retamin OH

HO

O

pikrokrocin

O

HO HO

HO

OH

O O OH

O

rhododendrin

HO HO

HO O

O

pikromycin

O

Z kůry topolu (Populus sp., Cortex populi) a vrby (Salix sp., Cortex salicis), Salicaceae, je vodou extrahován hořký salicin, který byl používaný jako analgetikum, antipyretikum a antirheumatikum a který byl vzorem pro vývoj řady velmi účinných derivátů kyseliny salicylové. Senecionin (aurein) je dalším ve vodě nerozpustným hořkým alkaloidem. Tento hepatotoxický pyrrolizidinový alkaloid se vyskytuje v starčku obecném Senecio vulgaris L., Asteraceae.

OH N

O O

OH

Acyklický diterpenový alkohol plaunotol izolovaný z thajské léčivé rostliny Croton sublyratus Kurz, Euphorbiaceae, má kromě hořké chuti protivředovou účinnost. HO

H

H

H

H

HO

O

H

OH

O

N

N

OH

senecionin

H

N O

H N

OH

O

N

OH

O

OH

Silně hořký alkaloid strychnin má číslo hořkosti 700 000 a je velmi jedovatý; LD50 u krys je méně než 1 mg kg−1. Vyskytuje se v kulčibě dávivé, Strychnos nuxvomica L., Loganiaceae, spolu s velmi hořkým brucinem.

OH

OH O

O H

salicin

O

O

O

OH O

OH

Plumierid (agoniadin) je hořký glykosid nacházející se v kůře Plumeria lancifolia Muell.-Arg., Apocynaceae a několika dalších plumerií. Hořký alkaloid kebračamin (kamassin) se vyskytuje v kůře štítosemenky kebračo Aspidosperma quebracho-blanco Schlecht., Apocynaceae.

O

O

HO

plaunotol

O H

H

OH

OH

H

H H

H

strychnin

plumierid N H

H

O

N

O

H

O

H H

O

brucin

Tiliakorin je alkaloid z kůry Tiliarcora acuminata Miers, Menispermaceae. Hořký alkaloid veatchin se vyskytuje v Garrya veatchii Kellogg, Garryaceae.

kebračamin 75

Chem. Listy 101, 895−906 (2007) O

O O O

N H

N H

O

O OH

OH

O

verbenalin

teofylin

O HO HO

methyl-α-D-mannopyranosid

OH O

HO

NH2

NH2

OH

Hořké látky se vyskytují i v říši živočišné, jako např. známý hydrokortizon, hlavní glukokortikoid produkovaný kůrou nadledvinek. Hořké jsou i některé další steroidy, jako např. žlučová kyselina ursodiol, vyskytující se jako konjugát s taurinem ve žluči medvědů (Ursus).

O

OH

L-isoleucin

teobromin

O

OH

O

L-leucin

OH

H

L-fenylalanin

H

H

OH

O HO

HO O

NH2

HO L-tyrosin

H H HO

L-tryptofan

HO

galegin

N

riboflavin

H

H OH

ursodiol OH

NH

H

NH2

NH H2N

O

hydrokortizon O

N H

N

OH

Jsou známy také typicky hořké aminokyseliny: L-leucin, L-isoleucin, L-fenylalanin, L-tyrosin a L-tryptofan. Dále je znám hořký galegin z nati a také ze semen jestřabiny lékařské Galega officinalis L., Fabaceae, hořký vitamín B2 (riboflavin) a značně hořký kofein z kávy (Coffea arabica L. aj., Rubiaceae), teobromin z kakaa (kakaovník pravý, Theobroma cacao L., Sterculiaceae) a teofylin z listů čajovníku čínského Camellia sinensis (L.) O. Kuntze (syn. Thea sinensis L.), Theaceae.

NH2

N

2-thiouracil

N H

O

OH

O

Methyl-α-D-mannopyranosid je např. sacharidová část glykosidu konkanavalinu A, která vyniká s hořkosladkou chutí. Chuťová adaptace na sacharosu vede k zdůraznění pocitu jeho hořkosti a naopak adaptace na chinin redukuje hořkost methyl-α-D-mannopyranosidu36.

OH

O

N

HN S

O

N

O

OH

O

O

N

HN

Hořká nukleobáze 2-thiouracil se vyskytuje v semenech některých zástupců rodu brukve, Brassica sp., Brassicaceae.

veatchin

Hořký glykosid verbenalin (kornin) byl izolován ze sporýše lékařského Verbena officinalis L., Verbenaceae či dřínu květnatého Cornus florida L., Cornaceae.

H O

N

N

kofein

OH

tiliakorin

HO

N

O

H N

H

N H

O

N

N

O

H

O

Přestože je tento článek o hořkých látkách z přírody, musíme se zmínit o oktaacetyl-sacharose, zvané též amerin či SOA, která slouží m.j. k náhradě chininu v některých limonádách. Je to látka, která je údajně naprosto netoxická (samozřejmě v používaných koncentracích a množstvích), která je však tak hořká, že hořko v ústech vyvolá již jen otevření prachovnice, ve které je uchována. Její hořkost je tak silná, že se v Rusku používala k denaturování alkoholu

OH OH N

O

NH

N O

76

Chem. Listy 101, 895−906 (2007) O O O O

O

O

O

O

O O

O

ještě hlouběji. Studiem interakcí ligand-receptor u receptoru hořké chuti byly získány zajímavé výsledky39. Fenylthiokarbamid je intenzivně hořký, ale jen pro některé lidi; pro jiné je bez jakékoliv chuti. Bylo navrženo, že fenylthiokarbamid vyvolává pocit hořkosti na úrovni interakce s lidským receptorem napojeným na G protein (hTAS2R38) kódovaný genem PTC. Příznak necitlivosti k chuti fenylthiokarbamidu byl přiřazen k polymorfii třech jednotlivých nukleosidů v genu PTC. S použitím krystalové struktury hovězího rhodopsinu jako šablony byla generována 3D struktura receptorů hořké chuti hTAS2R38 a hTAS2R16. Tak bylo možno zmapovat u receptorů aminokyseliny ovlivněné genetickou polymorfií a navrhnout molekulární funkci pro dva z nich, které vysvětlovaly výskyt příznaku necitlivosti k hořké chuti.

O

O

O O

O

O O

O

amerin v koncentraci 0,001 % a to hovoří za mnoho.

5. Trocha teorie o chuti hořké 6. Závěr

Jak píší čeští pivovarníci37, vjem hořké chuti v ústech, jak je všeobecně známo, vyvolává bez ohledu na typ hořkosti zvýšenou sekreci trávicích šťáv a tím i chuť k přijímání potravy. Konkrétně např. sekrece příušních slinných žláz, které jsou největšími slinnými žlázami, je reflexně vyvolávána podněty z oblasti zadní třetiny jazyka, tedy z oblasti nejcitlivější pro vnímání hořkosti. Tyto žlázy mají na rozdíl od ostatních slinných žláz výrazně seriózní funkci (produkce enzymu) a součastně obohacují potravu vodou. Výrazně se uplatňují zvláště při požívání suché potravy. S tím patrně souvisí i jisté podněty, vedoucí ke konzumaci tekutiny. Reflexně na základě podnětů vycházejících z chuťových receptorů lze vyvolat rovněž sekreci žaludečních šťáv. Silná intenzita hořkosti piva českého typu podporuje proces trávení a je zdrojem podnětu pobízejících ke konzumaci tuhé potravy i tekutin. Tento fyziologický mechanismus je podporován mírně drsným, až drsným charakterem hořkosti. Drsnější hořkost déle ulpívá v ústech a tím i déle dráždí chuťové receptory. Naproti tomu vjem velmi jemné, až jemné hořkosti daleko rychleji vymizí a má tudíž daleko nižší fyziologickou účinnost. S hořkou chutí je to zajímavé. Například mějme chuťový receptor TAS2R16, kterým zjišťujeme hořkou chuť kyanogenních glykosidů. Gen pro tento receptor se vyskytuje ve dvou variantách, jež se vzájemně liší v citlivosti. Obyvatelé subsaharské Afriky mají v drtivé většině (85 %) necitlivou variantu genu. Naopak, zbytek světa je z 90 % vybaven citlivou variantou. Vysvětlení je, jak už to autoři podobných studií prezentují, zcela prosté. Necitlivá varianta genu je výhodná v oblastech zamořených malárií. Její nositelé konzumují větší množství rostlin s obsahem kyanogenních glykosidů a ty je pak chrání před malárií. Zároveň se tak sice trošku otravují, ale to je daň, kterou platí za ochranu před parazitickými prvoky a nebezpečnou chorobou. V době, kdy se člověk druhu Homo sapiens vydal mimo Afriku, přišla vhod citlivá varianta. V chladnějších oblastech už malárie nepředstavovala takovou hrozbu a lidem se začalo vyplácet, když se rostlinám obsahujícím kyanogenní glykosidy vyhnuli38. Na úrovni vědeckých výpočetních studií jde výzkum

Přehled přírodních látek hořké chuti ukazuje zajímavost této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci, např. potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi. Hledání nových hořčinných látek s čistě hořkou chutí použitelných nejen v humánní, ale i zemědělské praxi (živočišné výrobě, kde se mohou uplatnit jako určitý tonizující prostředek) je však jen jednou stránkou problému hořkosti: druhou je hledání postupů (a látek) – modifikátorů vnímání40, které mohou tento vjem naopak tlumit. Dokud však nebudou dobře známy molekulární mechanismy principů vnímání hořkosti, budeme jen na začátku tohoto studia „tlumení hořké chuti“, tak jako v současnosti. Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV ČR č. 1G46085. LITERATURA 1. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 2. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 3. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 4. Fišar Z.: Chem. Listy 100, 233 (2006). 5. Fišar Z.: Chem. Listy 100, 314 (2006). 6. Heřmanová V., Bárta J., Čurn V.: Chem. Listy 100, 495 (2006). 7. Benešová E., Marková M., Lipovová P., Králová B.: Chem. Listy 99, 324 (2006). 8. Harmatha J.: Chem. Listy 99, 622 (2006). 9. Chandrashekar J., Hoon M. A., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 444, 288 (2006). 10. Štaffl F.: Likérnický receptář, nákladem vlastním, 77

Chem. Listy 101, 895−906 (2007)

Praha 1940. 11. Yamada Y.: New Food Ind. 44, 49 (2002); Chem. Abstr. 137, 309631 (2002). 12. The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 13. Ziegler H. (ed.): Flavourings, 2. vyd. Wiley-VCH, Weinheim 2007. 14. Vyhláška č. 304/2004 Sb. 15. Rouseff R. (ed.): Bitterness In Foods And Beverages, (Developments in Food Science, 25). Elsevier, Amsterdam 1990. 16. Moncrieff R.: Perfum Essent. Oil Rec. 42, 51 (1951). 17. Pfaffmann C., Bartoshuk L. M., McBurney D. H.: Handbook of Sensory Physiology, Part 2, 75, (Beidler L. M., ed.), Springer, Berlin 1971. 18. Samuelson G.: Drugs of Natural Origin, A Textbook of Pharmacognosy. Swedish Pharmaceutical Press, Stockholm 1992. 19. Český lékopis 2005, str. 508, GRADA Publishing, Praha 2005. 20. Remington J. P., Wood H. C. (ed.): The Dispensatory of the United States of America, 1918; http:// www.henriettesherbal.com/eclectic/usdisp/ (staženo 31. 1. 2007). 21. Sugimoto N., Sato K., Yamazaki T., Tanamoto K.: Shokuhin Eiseigaku Zasshi 44, 328 (2003). 22. Vanhaelen M., Vanhaelen-Fastr R.: Phytochemistry 14, 2709 (1975). 23. http://www.florahealth.com/flora/home/Canada/ HealthInformation/Encyclo-pedias/BlessedThistle.htm (staženo 4. 2. 2007). 24. http://en.wikipedia.org/wiki/Angostura_bitters (staženo 31. 7. 2007). 25. Soukup R. J., Parliment T. H.: Fr. Demande FR 2529446 (1984), Chem. Abstr. 100, 137686 (1984). 26. h t t p : / / w w w . v s c h t . c z / k c h / k e s t a z e n i / s y l a b y / sladarstvi.pdf (staženo 31. 1. 2007). 27. Von Hirsch H.: Ger. Offen. DE 2007023 (1971); Chem. Abstr. 75, 139418 (1971). 28. Shimura M., Hasumi A., Minato T., Hosono M., Miura Y., Mizutani S. Kondo K., Oikawa S., Yoshida A.: Biochim. Biophys. Acta, Mol. Cell Biol. Lipids 1736, 51 (2005). 29. Yamada Y., Hagiwara K., Iguchi K., Suzuki S.: Tetrahedron Lett. 1977, 2099.

30. Yamada Y., Hagiwara K., Iguchi K., Suzuki S., Hsu H.-Y.: Chem. Pharm. Bull. 26, 3107 (1978). 31. Yamada Y., Sako N., Ando E., Yamada M., Kikuzaki H., Yamamoto T.: Biosci. Biotechnol. Biochem. 63, 524 (1999). 32. Kubo I., Miura I., Kamikawa T., Isobe T., Kubota T.: Chem. Lett. 1977, 1289. 33. Kubota T., Kubo I.: Nature 223, 97 (1969). 34. Wesolowska A., Nikiforuk A., Michalska K., Kisiel W., Chojnacka-Wojcik E.: J. Ethnopharmacol. 107, 254 (2006). 35. Opletal, L., Sovová, M., Dittrich, M., Solich, P., Dvořák, J., Krátký, F., Čeřovský, J., Hofbauer, J.: Česk. Slov. Farm. 46, 247 (1997). 36. McBurney D. H., Gent J. F.: Chem. Senses 3, 45 (1978). 37. http://www.prionord.cz/projects/colitiscrohn/ product.asp?productid=224 (staženo 31. 1. 2007). 38. http://www.osel.cz/index.php?clanek=1377 (staženo 31. 1. 2007). 39. Miguet L., Zhang Z. D., Grigorov M. G.: J. Receptors Signal Trans. 26, 611 (2006). 40. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, v tisku (2007).

L. Opletala, J. Čopíkováb, M. Uherc, O. Lapčíkd, J. Moravcovád, and P. Drašard (a Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Faculty of Pharmacy, Charles University, Hradec Králové, b Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, c Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak Technical University, Bratislava, d Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague): Naturally Occurring Bitter Compounds A brief survey of bitter compounds occurring in nature aims to show the importance of this group of renewable materials and to contribute to the knowledge of biodiversity of secondary metabolites which can be utilized, among others, in food and pharmaceutical industry. The beauty and biodiversity of this group of mostly secondary metabolites are illustrated.

78

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ VNÍMÁNÍ ORGANOLEPTICKÝCH VLASTNOSTÍ

JITKA MORAVCOVÁa, LUBOMÍR OPLETALb, OLDŘICH LAPČÍKa, JANA ČOPÍKOVÁc, MICHAL UHERd a PAVEL DRAŠARa

V souvislosti s ovlivňováním vnímání pocitů je nutno poznamenat, že zejména halucinogenní látky (často ve formě různých rostlinných částí nebo extraktů z nich připravených), někdy zařazované mezi „nekanonickou“ skupinu látek tzv. psychomimetik (látek navozujících stav srovnatelný s psychickou poruchou, zde konkrétně halucinogenním stavem) a řada dalších látek, dosud mezi nelegální omamné drogy nezařazovaných, významně mění vnímání (a to i v oblasti vnímání barev) způsobem, který je dokonce v určitých kruzích vyhledáván jako stimulující umělecký podnět [viz. např. absint (Artemisia absinthium L., Asteraceae), hašiš, marihuana (Cannabis indica Lam., Canabaceae), šalvěj divotvorná (Salvia divinorum Epling et Játiva, Lamiaceae)]. Těmito látkami se v tomto článku zabývat nebudeme a odkazujeme na relevantní zdroje12.

a

Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta, UK v Praze, 500 05 Hradec Králové, c Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, d Fakulta chemickej a potravinárskej technológie, STU, Radlinského 9, 812 37 Bratislava [email protected] Došlo 18.8.07, přijato 27.9.07.

2. Vnímání chuti, vůně, dotyku a barvy

Klíčová slova: přírodní látka, ovlivnění chuti a vůně, potravní doplněk, obnovitelné zdroje, modifikátor chuti a vůně, definice modifikátoru, flavor modifier definition

Organoleptická vlastnost je vjem, který vnímáme u určitého produktu. Vjemy rozdělujeme na čtyři skupiny, chuť (sladké, slané, kyselé, hořké a umami)13, barvu, vůni (vnímanou přímo nosem a vnímanou nepřímo retronasální cestou) a vjem z hmatu a dotyku (teplý, studený, svíravý, dráždivý, pevný, měkký)11. Barevný vjem14 pomineme, neboť souvisí s naprosto odlišnými principy vnímání než vjemy pociťované prostřednictvím kontaktních procesů. Nebudeme se zabývat ani tzv. vomeronasálními vjemy, které jsou předpokládány např. u působení „lidských feromonů“, neb zatím jde o oblast lidského poznání, kde někteří přírodovědci vyslovují určitou rezervovanost15, i když je role těchto sloučenin, zejména v sestavách parfémů údajně velmi důležitá. Modifikátory těchto „kontaktních“ vjemů můžeme pak charakterizovat, ve shodě s International Organization of the Flavor Industry (IOFI)16, jako látky bez zápachu či (v použité koncentraci), se zápachem zanedbatelným. Jejich hlavním účelem použití je zesílit chuť či vůni určité (potravní) komponenty nad vlastnosti, které má přirozeně ta daná složka sama o sobě. Podle legislativy EU jde o sloučeninu, která zesiluje vůni a/nebo chuť jídla17. Zdá se důležité obě definice doplnit o látky, které určitý vjem potlačují, nebo mění a zdůraznit i vjemy dotykové. Dotykové vjemy v ústech např. způsobují, že určitá potravina je vnímána jako chuťově plná, jakoby ústa naplňující a tudíž lépe uspokojující potřebu potravy. Navrhujeme proto definici novou, která zní: Modifikátorem kontaktního vjemu (flavor modifier) je látka nebo směs látek, která sama za daného způsobu použití není výrazně vnímána chutí, čichem či dotykem, ale která podstatně mění, zesiluje či zeslabuje (maskuje) chuťový, vonný či dotykový pocit látky či směsi látek, ke které je přidána. Stabilizátory (např. vůní), které nesplňují tuto naši definici, tudíž v tomto přehledu

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Úvod Vnímání chuti, vůně, dotyku a barvy Tradiční potravinářské přísady ovlivňující organoleptické vlastnosti Ostatní známé modifikátory Efekt synergismu Závěr

1. Úvod Organoleptický vjem je možno dodatečně modifikovat látkou, která mění vnímání některých vlastností ať již jednotlivě, nebo spolu s ovlivněním jiných vjemů. Tento článek je dalším z řady přehledů, ve kterých jsou popisovány přírodní látky a potravní doplňky1−8, a je koncipován ve zmíněné řadě zejména jako učební pomůcka. Literatura zná několik přehledných prací na toto téma9−11. Naše zákonodárství kodifikuje použití přídavných látek v rámci vyhlášky č. 304/2004 Sb. V oblasti výroby a využití vjemových modifikátorů působí dvě organizace, International Organization of the Flavor Industry (IOFI) a International Fragrance Association (IFRA). Zatímco prvá se modifikátory ve svých materiálech zabývá, druhá nikoli, ačkoli jejich role v např. oblasti voňavkářství je zřejmá. Je možné, že používají jinou terminologii. 79

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

neuvádíme. Zcela zvláštní kategorií kontaktních vjemů je efekt (chuť) umami, který je popisován v literatuře různě: někdy jako jeden z chuťových vjemů, jindy jako chuťový modifikátor, někdy jako látka nemající vliv na žádnou ze zbývajících čtyř chutí. Protože látky s vlastností umami jsou známy jako látky zlepšující chuť jídel a potlačující čichové vjemy, podržíme se jejich zařazení zde, mezi modifikátory. Tento článek se přidržel rozdělení modifikátorů podle Zieglerové11, protože se autorům jevilo jako věrohodné.

3.

guanosin-fosfátu v sušené houbě šiitake (houževnatec jedlý, Lentinus edodes (Berb.) Pegler, Tricholomataceae)22. K y s e l i n a L-g l u t a m o v á a p ř í b u z n é l á t k y

Tradiční potravinářské přísady ovlivňující organoleptické vlastnosti

Komplex vlastností, které dokáží vytvořit z běžných surovin šikovné ručičky, vybroušený nos, jazyk a zkušenost kuchaře, vinaře, designéra voňavek a dalších kouzelníků zázračné dílo, je obtížně popsatelný inženýrským myšlením. Existují však známé principy a suroviny, které procesu takového zázraku napomohou asi tak jako hořká čekanka chuťové úrovni císařského salátu. Podívejme se blíže na to, co je známo. Historie poznání chuťových modifikátorů začala v zemi kulinářů, používajících při vaření téměř čarodějné přísady jako sušené mořské řasy, sušenou a rozdrcenou fermentovanou rybu bonito, sušené houby šiitake a podobné látky. V roce 1908 Japonec Ikeda připsal chuťový efekt přidání mořských řas (řasy kombu, např. Laminaria japonica J. V. Lamouroux, Laminariaceae) do jídla v tradiční japonské kuchyni, v té době již známé, kyselině Lglutamové a nazval jej „umami“ s tím, že vlastní sloučeninu pojmenoval ajinomoto (podstata chuti)18−20. Následoval v roce 1913 Kodama21, který nalezl další umami látku v rybí moučce ze sušených druhů tuňáka malého, bonito (Katsuwonus pelamys), 5’-O-inosin-fosfát (tehdy zvanou inosinová kyselina), látku, kterou Liebig již mnoho let před ním objevil v hovězím vývaru. Poté, v roce 1961 popsali Japonci další umami substanci, sodnou sůl 5’-OO

OH

kyselina L-glutamová O

OH NH2

N OH O P O HO

O

N N

HO

O NH

inosinová kyselina

OH +

+ N O Na O N P O O N HO OH

Na O

-

O NH NH2

sodná sůl 5’-O-guanosin-fosfátu 80

Kyselina L-glutamová ((S)-glutamová, (+)-glutamová, Aciglut, E, E620, Glusate, Glutacid, Glutamicol, Glutamidex, GLU, Glutaminol, Glutaton), běžná neesenciální aminokyselina, která se používá hlavně v podobě monosodné soli (MSG, MonoSodium Glutamate, Accent, Aji-no-moto, E621), vykazuje umami efekt pouze při určitém pH. Právě monosodná sůl ve vodném roztoku napomůže potřebné disociaci, neboť mírně alkalické prostředí je pro efekt umami nejvýhodnější. Je to i proto, že její rozpustnost ve vodě je největší při pH vyšším než 5,5. Udává se, že optimální efekt je pozorován mezi pH 5 a 8. Je zajímavé, že právě mezi pH 5 a pH 8 je na křivce logD výrazné plato. Zatímco MSG je široce používána (roční spotřeba se odhaduje na půl milionu tun) a je všeobecně povolena (v některých zemích jsou omezena koncentrační maxima), ostatní soli jsou povoleny jen omezeně (L-glutamát monodraselný, MPG, E622; DL-glutamát vápenatý, E623; L-glutamát monoamonný, E624; DL-glutamát hořečnatý, E625). Kyselina glutamová se vyrábí fermentací za použití kmenů Corynebacterium a Brevibacterium ze škrobu nebo melasy za přítomnosti amonných solí či močoviny, dále hydrolýzou bílkovin, případně synteticky z akrylonitrilu. Vlastní chuť MSG je slano-sladká s detekčním limitem 100−300 ppm. Při vaření je kyselina L-glutamová stálá při pH 5−8. V kyselém prostředí a za zvýšené teploty dehydratuje a umami efekt se ztrácí. Také za vysokých teplot a působením silně kyselých či zásaditých prostředí racemizuje, čímž je umami efekt opět snížen. Chuť zlepšující vlastnosti jsou pozorovány u sýra, masa, omáček, majonéz, kečupů a podobně, v koncentraci 0,1−0,6 %. MSG nemá žádný, ba ani negativní efekt u sladkostí, mléčných výrobků či limonád. Určité potraviny obsahují pro umami efekt v dostatečném množství samy přírodní kyselinu L-glutamovou, jako např. sýry a některá zelenina; zajímavé je, že maso a mléko v čerstvém stavu obsahují pouze zlomek potřebného množství. Začátkem druhé poloviny minulého století se zdálo, že tzv. syndrom čínských restaurací, projevující se pálením v krku, tlakem v obličeji, bolestí v hrudi, pocením, nevolností, slabostí a bolením hlavy, je způsoben MSG. Po mnoha letech studií toto nebylo potvrzeno a FDA zařadila MSG do kategorie „bezpečných“ potravin GRAS (Generally Recognized As Safe) na úrovni běžných kuchyňských přísad. EU dokonce nestanovila ani nejvyšší přípustné denní dávky Merck Index23 udává pro MSG LD50 i.g. (myš) 19,9 g kg−1; pro kyselinu není udáván. L-Glutamová kyselina je nejběžnějším rychlým excitačním neurotransmiterem savčího nervového systému (známa jako excitační aminokyselina EAA)23 a prekurzorem inhibičního neurotransmiteru, kyseliny γ-aminomáselné (GABA). Sama je používána jako antiepileptikum; hydrochlorid jako žaludeční acidifikátor; hydrobromid hořečnaté soli jako anxiolytikum. Ve směsi s L-argininem se m.j. používá jako detoxikant amoniaku při jaterním selhání.

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

boxylová kyselina) a dvě látky izolované z hub tricholomovou kyselinu [5-30], ibotenovou kyselinu [5-30]; čísla uvedená v hranatých závorkách jsou relativní efekt umami11, ve srovnání s MSG, pokud je znám.

Kyselina D-glutamová nemá žádné pozorované vlastnosti modifikátoru či umami. Existuje skupina látek příbuzných glutamové kyselině, která stojí za zmínku, i když nejsou používány tak často. Jde o L-cystein (E920; jeho hydrochlorid, sodná a draselná sůl jsou povoleny pouze pro zlepšování vlastností mouky [podobně jako močovina, E927b (karbamid) a mléčnan vápenatý, E 327 a některé další látky, které však neshledáváme hodny uvedení v kategorii modifikátorů]), DL-homocystein [0,77], 3-sulfo-L-alanin (cystein S-sulfonovou kyselinu), L-asparagovou kyselinu [0,01], L-α-aminoadipovou kyselinu [0,01], racemickou α-methylglutamovou kyselinu, (R)-5-oxopyrrolidin-2-karboxylovou kyselinu (5-oxo-D-prolin), 3-(methylsulfanyl)propylamin, kyselinu DL-threo-β-hydroxyglutamovou [0,86], histamin, cykloalliin ((3R,5S)-5-methyl-1-oxido-thiomorfolin-3-karSH

H N

HS

OH

O

H N O

OH

OH

OH OH O

ibotenová kyselina

OH

O NH2

Ibotenová kyselina je jako derivát glutamové kyseliny látkou známou z halucinogenních muchomůrek (Amania muscaria (L.:Fr.) Hook., A. pantherina (DC. ex Fr.) Krombh., Amanitaceae), která umí překonat hematoencefalickou barieru (přestupuje z krve do mozkové tkáně). V mozku je metabolizována na muscimol (derivát γ-aminomáselné kyseliny). Tato látka je známým GABA-A agonistou a funguje jako primární inhibující neurotransmiter (ovšem falešný). Muscimol je odpovědný za psychoaktivní (halucinogenní) působení muchomůrek. Jako silný agonista GABA snižuje množství cyklického guanosin-3’,5’-monofosfátu (cGMP) aktivací y Abu receptorů, což způsobuje v malých dávkách snížení motoriky, ve vyšších dávkách nastává ataxie (porucha koordinace pohybů). Jak ibotenová kyselina, tak muscimol působí v mozku v konečném stadiu jako silné neurotoxiny vyvolávající halucinace, delirium a svalové křeče; nezdá se však, že by se samotné ibotenové kyselině daly připsat psychoaktivní vlastnosti muchomůrek. Protože však má relativně silný umami efekt, je možné, že ona je důvodem, proč lidé, kteří se otrávili muchomůrkami, si předtím (a někteří ani po-

OH OH NH2

L-asparagová

kyselina

OH O

O OH

NH2

L-α-aminoadipová

kyselina

OH O

O H2N

OH

DL-α-methylglutamová

H N

kyselina

O O

O

HO

OH

O NH2

DL-homocystein

3-sulfo-L-alanin

O

H NH 2

DL-threo-3-hydroxyglutamová

O HO S O H2N

O

tricholomová kyselina

NH2

L-cystein

O

H N O

cykloalliin

O

NH2

O

S O

OH

O

OH

kyselina

O

H

(R)-5-oxopyrrolidin-2-karboxylová kyselina S

OH N

NH2

3-(methylsulfanyl)propylamin

H N N H2N

O HO

histamin

H N

O OH

O

A8 81

NH

N

N-acetylglycin

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

tom) na houbách v životě tak nepochutnali. Do této skupiny látek bude patřit i modifikátor chuti vývaru (BTM, Brothy Taste Modifier), kterým je N-(4-hydroxy-1-methylimidazolidin-2-yliden)alanin zvaný A8, který zlepšuje chuťové vlastnosti hovězího vývaru24. Chiralita této molekuly není v literatuře popisována. Zajímavá je i historie umami látky, N-acetylglycinu, která byla předpovězena počítačovým modelováním na základě analýzy 31 peptidů majících umami efekt. Jak zřejmo, skutečně tyto vlastnosti má25. Látka byla vybrána z rozsáhlé předpovědní knihovny látek, m.j. i proto, že byla již předtím v potravinářství používána.

potravinářským zázrakem. Přidáním 5−75 ppm maltolu do sladkých potravin umožní při zachování chuti snížit dávku cukru o 15 %. Maltol otupuje kyselost zejména octové kyseliny v salátových omáčkách a pikantních jídlech. Je schopen v dávce jednotek ppm vylepšit nízkotučné potraviny, jako jogurty, zmrzliny či omáčky tak, že chutnají bohatěji, plněji a smetanověji. V pečivu přispívá k dojmu čerstvě upečeného výrobku. Dnes se maltol i ethylmaltol vyrábějí z kojové kyseliny. Přirozeně se maltol vyskytuje v pečených potravinách, kakau, čokoládě, kávě, karamelu, sladu, kondenzovaném mléku, borovicovém jehličí (Abies alba Mill., Pinaceae), čekance seté (cikorce, Cichorium intybus L., var. sativus DC. in Lam. et DC. Cichoriaceae, něm. Wurzelzichorie, Kaffeezichorie), dřevných dehtech a olejích. Tvoří se z cukrů za zvýšené teploty. Je to bílá krystalická látka s chutí podobnou karamelu, s mezí chuťového rozpoznání 35 ppm ve vodě. Ethylmaltol je 4−6krát silnější, denní dávka byla stanovena na 120 mg/den pro osobu vážící 60 kg, což je dávka mnohem vyšší, než běžně spotřebovávaná. Oba jsou přidávány v množství 1−300 ppm do pečiva, nápojů, cukrovinek a cukroví, čokolády, mléčných výrobků a zavařenin.

Purinové ribonukleotidy Purinové ribonukleotidy, inosin monofosfát (IMP, inosinová kyselina), guanosin monofosfát (GMP, guanylová kyselina), původně získané z přírodních zdrojů se vyrábějí dnes buď hydrolýzou RNA z droždí za použití Penicillium citrinum anebo Streptomyces aureus anebo hydrolýzou této RNA až na nukleosidy, které jsou následně fosforylovány na nukleotidy. Oba mají umami efekt, GMP je silnější; někdy jsou používány ve směsi. Chuťová detekovatelnost je mezi 25 až 125 ppm pro IMP a 12−35 ppm pro GMP. Pro použití platí totéž, co bylo řečeno u MSG. Pro oblast přírodního výskytu také, s tím rozdílem, že vzhledem k tomu, že IMP je produktem vznikajícím z ATP, je obsah IMP v čerstvém mase obvykle vyšší a může dosahovat až koncentrací potřebných pro umami efekt (0,2 %). Lze vyslovit domněnku, že obsah přirozených umami modifikátorů může být v přímé souvislosti se zráním či nakládáním masa před kuchyňskou úpravou či s některými praktikami souvisejícími se způsobem porážky jatečních zvířat. Také je známo, že řada čerstvých potravin (zelenina, maso) obsahuje fosfomonoesterasy, které hydrolyzují IMP i GMP a tím likvidují umami efekt. Samy soli IMP a GMP jsou stabilní látky rozpustné ve vodě, odolné teplotám do cca 120 °C, s optimem použití, vzhledem k umami efektu, mezi pH 5 a 7, i když rozpustnost GMP je nejvyšší při pH > 7 (rozpustnost IMP je dostatečná již od pH 4,5). Vyhláška 304/2004 Sb. uvádí jako látky zvýrazňující chuť a vůni kyselinu 5’-guanylovou E626, 5’-guanylát disodný (GMP, guanylát sodný, guanylan, E627), 5’-guanylát didraselný (guanylát draselný, E628), E629 guanylát vápenatý (5’-guanylát vápenatý), kyselinu inosinovou E630, 5’-inosinát disodný (inosinát sodný, IMP, E631), 5’-inosinát didraselný (inosinát draselný, E632), 5’-inosinát vápenatý (inosinát vápenatý, E633), vápenaté soli 5’-ribonukleotidů (vápenaté ribonukleotidy, E634) a sodné soli 5’-ribonukleotidů (disodné ribonukleotidy, E635).

O

O

OH O

OH O

maltol

ethylmaltol Furanony a cyklopentenolony 4-Hydroxy-2,5-dimethylfuran-3(2H)-on (HDMF, Furaneol®) a 4-hydroxy-5-methylfuran-3(2H)-on (HMF) jsou látky karamelovité vůně (HDMF připomíná svou vůní pečený ananas) s mezí chuťového rozpoznání 0,04 ppb ve vodě! Oba zdůrazňují dojem ovocné a smetanové vůně; používají se obvykle spolu s oběma maltoly. HDMF vzniká Maillardovou reakcí z rhamnosy za přítomnosti aminů. V přírodě se vykytují v masovém vývaru, ananasu, jahodách a popcornu.

O HO

HDMF

Maltol a ethylmaltol

O

O

O

O HO

HMF

HO

cykloten

Strukturně blízký cykloten (2-hydroxy-3-methyl-cyklopent-2-en-1-on, MCP), také s karamelovou vůní, je používán jako zesilovač dojmu oříškové a čokoládové vůně v koncentraci 5−100 ppm k vylepšení cukrovinek, pečiva, nápojů, žvýkaček a zmrzlin. V přírodě byl nalezen

Když v roce 1861 Stenhouse izoloval z modřínu opadavého (Larix decidua Mill., Pinaceae) příjemně vonící maltol, netušil, jaký ekonomický potenciál bude mít v budoucnosti. Maltol a jeho plně syntetický homolog jsou 82

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

byl izolován i polypeptid (35 aminokyselin) gurmarin, který se údajně dá použít stejně jako gymnemová kyselina neb inhibuje vjem sladké chuti po několik hodin. Oktapeptid BMP (Beafy Meaty Peptide, Lys-GlyAsp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala) se vyskytuje v hovězím mase, jeho mez chuťového rozpoznání je 1600 ppm. Zdůrazňuje chuť masa; je znám jako „lahodný peptid“. Sladce chutnající protein o molekulové hmotnosti 22 000 thaumatin (talin, E957) izolovaný z ovoce trvalky thaumatokoku (Thaumatococcus daniellii Bennett, Marantaceae) dokáže maskovat hořkou chuť27.

v javorovém sirupu a v dehtu z březového dřeva. Vzniká zahříváním cukrů při pH 8−10. Zajímavé je, že může maskovat dojem slané chuti; 10−20 ppm MCP může maskovat až 1−2 % soli. Podobně jako MCP je používán i 3-ethyl-2-hydroxy-cyklopent-2-en-1-on (ECP). Vanilin a ethylvanilin Vanilin, extrahovaný z vanilkových lusků (Vanilla planifolia Jacks. ex Andrew, Orchidaceae), se používá od poloviny 19. století. Dnes se většina vanilinu získává ze sulfitových louhů, kde vzniká z ligninu alkalickou hydrolýzou a oxidací. Může být také vyráběn synteticky z guajakolu. Protože je syntetický vanilin o mnoho lacinější a v řadě států je povoleno používat pouze vanilin přírodní, je syntetický často k nerozeznání dopován vaniliny obsahujícími příslušné isotopy tak, že je znesnadněno jeho jednoduché rozeznání od přírodního.

Glykosidy Gymnemová kyselina28 (gymnemin), směs triterpenových glykosidů odvozených od gymnemageninu, který je různě substituován glukuronovou kyselinou a jinými sacharidy, z listů gymnemy lesní, inhibuje vjem sladké chuti po několik hodin. Přitom krystalový cukr chutná jako písek a roztok cukru jako vodovodní voda. Slané, hořké ani kyselé chuti neovlivňuje.

O

O

vanilin

OH

O

O

H

OH

OH

OH

ethylvanilin

OH OH

H HO

Vanilin má charakteristickou vanilkovou vůni a mez chuťového rozpoznání 0,02 ppm ve vodě. Ethylvanilin je ještě 2−4krát silnější, je syntetizován z eugenolu, isoeugenolu a safrolu. Oba slouží nejen jako chuťová přísada, ale i k zesílení dojmu ovocné a čokoládové chuti. V lihovarnictví slouží oba ke zjemňování chuti, zejména řezaných lihovin.

H

gymnemagenin

HO

O

OH O

OH

O

HO

4. Ostatní známé modifikátory

O O

HO

O

O

Peptidy a bílkoviny Mirakulin (Mirlin), glykoprotein bez chuti o molekulové hmotnosti 40 000−48 000 se 14 % cukrů v molekule, izolovaný z plodů Richardella dulcificia (Schum et Thonn) Baehni (Synsepalum dulcificum A. DC., Sapotaceae) modifikuje kyselou chuť na sladkou. Po vypláchnutí úst roztokem mirakulinu chutná citrónová šťáva jako oslazená. Sladké, hořké ani slané chuti neovlivňuje. Kurkulin, sladký protein o molekulové hmotnosti 28 000 izolovaný z plodů Curculigo latifolia Dryand., Hypoxidaceae, modifikuje kyselou chuť na sladkou jako mirakulin a dále sám ač chutná sladce, sladce chutnat přestane a poté i nesladké potraviny mohou být vnímány jako oslazené26. Ze stejného zdroje jako gymnemová kyselina, z listů gymnemy lesní (Gymnema sylvestre R. Br., Apocynaceae),

O

H O

HO

zizifin

OH

OH H HO

O

O

O

H

OH O

H O

H O

HO OH

H

O O

OH OH

OH OH

hodulosid VI 83

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

Zizifin, triterpenový glykosid29 z listů Ziziphus jujuba Mill. (Rhamnaceae) též potlačuje sladkou chuť. Podobně se chová i celá skupina dammaranových glykosidů, hodulosidů, izolovaných z listů hovenie sladké (Hovenia dulcis Thunb., Rhamnaceae). Dihydrochalkon neohesperidinu (NHDC, Sukor, E959) se používá nejen jako sladidlo1, ale i jako látka zesilující ovocný charakter a potlačující ostré a kořeněné tóny.

Ostatní látky Kůra plodů zralých i nezralých citrusů obsahuje hořké látky32, z nichž některé jsou používány jako sloučeniny zesilující a upravující chuť33, jako např. nomilin, limonin (citrolimonin, diktamnolakton, evodin, obakulakton), naringin ((2S)-naringin, naringenin-7-rhamnoglukosid, naringosid) a jejich kombinace, většinou na koncentrační úrovni počátku chuťové detekce.

OH HO

OH

O

O

O HO

OH O

OH

O O

O

O

HO

O H

O OH O

HO

O

O

O O

H

nomilin

NHDC

O

Glykokonjugáty glutamové kyseliny N-(1-deoxy-D-fruktos-1-yl)-L-glutamová kyselina a N-(D-glukopyranosyl)-L-glutamová kyselina byly zjištěny jako produkty Amadoriho a Maillardovy reakce. V podobě alkalických solí, či v příslušném prostředí vykazují umami efekt. Jejich mez chuťového rozpoznání je ve vodném roztoku blízká MSG, 1−2 mmol L−1 (cit.30). Ze smrže Morchella deliciosa Fr. (Morchellaceae) byla izolována směs (2S)-2-(α- a -β-D-glukopyranosyloxy) jantarové kyseliny nazvaná (S)-morelid, mající nakyslou chuť a v oblasti příslušného pH i umami efekt; její chuťový detekční limit je 6,0 mmol L−1 (cit.31). HO

HO

HO

NH OH OH

limonin

HO

O

O

OH OH OH

O OH HO

OH

O O O

O

HO

+

Na

O

O

Lecitin, který se většinou používá jako emulgátor, je používán i jako látka, která maskuje hořkou chuť a hrubé příchuti mátou a mentholem ochucených žvýkaček. Většinou jde o směs glykolipidů, triglyceridů ale především fosfolipidů (tj. fosfatidylcholinu, fosfatidylethanol-aminu a fosfatidylinositolu), nicméně v biochemii je termín leci-

OH

HO

-

laktisol

OH O

naringin

Laktisol (cypha, 2-(4-methoxyfenoxy)propanoát sodný) snižuje pocit sladké chuti. Tato sloučenina však byla identifikována též v pražené kávě.

N-(β-D-glukopyranosyl)-L-glutamová kyselina

HO O

O

O O

OH

OH OH

N-(1-deoxy-D-fruktos-1-yl)-L-glutamová kyselina

O O

O

HO

O

NH

H

O

OH

O

O

O

OH

HO

O

O

H

O

OH O

O

OH

morelid

84

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

tin používán pro fosfatidylcholin34, směs diglyceridů stearové, palmitové a olejové kyseliny vázaných na ester cholinu a kyseliny fosforečné (Lecithol, Vitellin, Kelecin, Granulestin), a proto je pro tuto přírodní směs vhodnější používat pojmu esenciální fosfolipidy lecitinového typu. O

+

N

O P

HO

O O

O R

O

+

Na

mléčnan sodný

OH

Chlorid sodný, nejprostší chuťový modifikátor40 je znám nejen z pohádky Sůl nad zlato, ale i proto, že každý ví, že neosolené cukrovinky − pečivo či maso atp. − nebudou mít správnou chuť. Ne nadarmo se ve středověku za sůl platilo i drahými kovy. V předchozím článku1 o sladidlech byla zmíněna tzv. „aktivita vody“; velmi prostinkým regulátorem, který jistě ovlivňuje i chuť, je glycerin41.

O O

-

R

O

fosfatidylcholin

Celá široká skupina N-substituovaných nenasycených N-alkylamidů je patentově chráněna jako modifikátory alespoň jedné z pěti chutí35. Furan-2-methanthiol z řepkových semen (Brassica sp.) je patentován jako modifikátor pro použití v potravinách, hygienických prostředcích a kosmetice ale i v tabáku36. Za modifikátor může být pokládán i cyklodextrin10. N-Ethyl-1,7,7-trimethylbicyklo [2.2.1]heptan-2-karboxamid (ETHC) je uváděn jako látka zlepšující chuť pomerančových nápojů obsahujících oxid uhličitý již v koncentraci 0,3 ppm (cit.37), přidáním N-(2-hydroxy-1,1-dimethylethyl)-1,7,7-trimethylbicyklo[2.2.1] heptan-2-karboxamidu (HDTHC) pak chutnají jako sladší a chuťově vyváženější. U nápoje z černého rybízu je naopak pocit chuti kyselejší. SH

Začali jsme tím, že jako modifikátory jsou používány sušené a drcené přírodní suroviny jako ryby, houby a podobně. Skončeme tím, že se používají též bohapusté směsi vzniklé hydrolýzou jiných přírodních látek, jako např. masa, ale často i potravinářských odpadů. Takovými hydrolyzáty jsou autolyzát droždí obsahující až 6 % ribonukleotidů, najmě GMP. Hydrolyzát rostlinných proteinů (např. sóji) buď minerální, nebo organickou kyselinou (HCl) obsahuje až 17 % MSG a NaCl, či enzymy (až 35 % MSG, bez NaCl), je zastoupen např. sójovou omáčkou. Chuťový modifikátor známý každému v našich zeměpisných šířkách je hydrolyzát, používající k hydrolýze zbytků masného průmyslu kyselinou chlorovodíkovou, kdy se po hydrolýze materiál zneutralizuje sodou nebo louhem a vznikne kvalitní (české) polévkové koření „maggiumami“ obsahující jak aminokyselinové, tak nukleotidové umami modifikátory a chlorid sodný, modifikátor chudých.

NH

O

O

furan-2-methanthiol

ETHC

5. Efekt synergismu

OH

Podobně jako tomu bylo např. u sladidel, je i u látek umami znám synergický efekt. Směs umami substancí má často větší umami účinek než každá komponenta sama o sobě. Tak např. směs MSG a IMP (1:1) má relativní intenzitu umami efektu 7 a podobná směs MSG a GMP dokonce 30. Je znám efekt MSG na chlorid sodný, kde optimální poměr MSG a NaCl je 2:1. Sladký thaumatin má podobný efekt na MSG jako nukleotidy, avšak v mnohem menších dávkách vzhledem ke své vlastní intenzivní chuti. Vzájemně se potencující umami efekt má celá řada výše jmenovaných aminokyselin.

NH O

HDTHC

O

O

O

kumarylaldehyd

O S

allyl-propan-1-sulfinát

6. Závěr

Kumarylaldehyd a jeho deriváty zlepšují chuť kávy a potravin38 již v koncentraci 5⋅10−5 g l−1. Allyl-propan-1-sulfinát a jeho deriváty zlepšují chuť a vůni tabáku a potravin v koncentracích 0,05−150 ppm (cit.39). Mléčnan sodný (laktát sodný, Lacolin, E325) a mléčnan draselný (laktát draselný, E326) jsou povoleny jako regulátory kyselosti a zvýrazňovače chuti.

Je dnes dostatečně známo a zdokumentováno, že diversita přírodních látek a jejich derivátů je značná stejně jako vliv řady z nich na potravinářské a organoleptické vlastnosti potravin. Značný je i průmyslový význam těchto modifikátorů, neboť dnešní potravinářský průmysl vyrábějící žádané „dietní“ potraviny, obsahující stále méně stra85

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

vitelných komponent („... ten lehký jogurt je skoro jako smetanový ...“) a používající v honbě za nižšími a nižšími cenami na všech frontách náhražky, surogáty a často i odpady z jiných průmyslových odvětví, potřebuje alespoň napodobit potraviny vyrobené klasicky a ze surovin řádných. Bez syntetických vonných a chuťových látek a bez výše popsaných modifikátorů by byla pozice takových výrob více než obtížná. Tyto látky však mohou hrát v blízké budoucnosti významnou roli ve výkrmu hospodářských zvířat, zejména poté, co direktiva EU zakázala v členských zemích použití masokostních mouček a antibiotických stimulátorů růstu. Současný výzkum v této oblasti se stále více vrhá do oblasti použití přírodních surovin a nutno říci, že takové směsi si vyžadují určitého ochucení, aby byly bez problémů přijímány, využita krmná dávka a uplatnily se přísady doplňkových látek přírodního původu (např. s antimikrobiálním účinkem), které bývají chuti nevalné. Na straně druhé si nelze zastírat, že klasická potravina a krmivo jsou nezastupitelné a jen obtížně napodobitelné, ať již se chemici činí, jak chtějí. Tento článek si klade za cíl umožnit alespoň nahlédnout do laboratoře potravinářských mágů.

17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.

Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV QH71284 (2007).

28. 29.

LITERATURA

30.

1. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 2. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 3. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy, 101, 44 (2007). 4. Fišar Z.: Chem. Listy 100, 233 (2006). 5. Fišar Z.: Chem. Listy 100, 314 (2006). 6. Heřmanová V., Bárta J., Čurn V.: Chem. Listy 100, 495 (2006). 7. Benešová E., Marková M., Lipovová P., Králová B.: Chem. Listy 99, 324 (2006). 8. Harmatha J.: Chem. Listy 99, 622 (2006). 9. Matheis G.: Dragoco Report: Flavoring Information Service 1, 5 (1997); Chem. Abstr. 126, 233396 (1997). 10. Hara K., Hashimoto H.: Denpun Kagaku 33, 152 (1986); Chem. Abstr. 105, 132206 (1986). 11. Ziegler H. (ed.): Flavourings, 2.vyd., Wiley-VCH, Weinheim 2007. 12. Perrine D. M.: The Chemistry of Mind-Altering Drugs, ACS, Washington 1996. 13. Chandrashekar J., Hoon M. A., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 444, 288 (2006). 14. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2005). 15. Meredith M.: Chem. Senses 26, 433 (2001). 16. IOFI Information Letter 1343, Brussels, February 27,

31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41.

86

2007. (http://www.leffingwell.com/ IOFI_WGMA_2_07_LIST.pdf, staženo 31.5.2007). European Parliament and Council Directive. No. 95/2/EC.; Off. J. Eur. Comm. 38 (L61) 1 (1995). Ikeda K.: J. Chem. Soc. (Tokyo) 30, 820 (1909). Shizuko Y., Kumiko N.: J. Nutr. 130, 921S (2000). Ikeda, K. Japan. 4805 (1908); Brit. 9440 (1909); Chem. Abstr. 5, 836 (1911). Kodama S.: J. Tokyo Chem. Soc. 34, 751 (1913). Nakajima N., Ichikawa K., Kamada M., Fujita E.: Nippon Nogei Kagaku Kaishi 35, 797 (1961); Chem. Abstr. 60, 41721 (1964). The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. Shima K., Yamada N., Suzuki E., Harada T.: J. Agric. Food Chem. 46, 1465 (1998). Grigorov M. G., Schlichtherle-Cerny H., Affolter M., Kochhar S.: J. Chem. Inform. Comput. Sci. 43, 1248 (2003). Kurihara Y.: Can. Pat. Appl. CA 2076830 (1993); Chem. Abstr. 119, 266953 (1993). Higginbotham J. D., Snodin D. J., Eaton K. K., Daniel J. W.: Food Chem. Toxicol. 21, 815 (1983). Stöcklin J.: J. Agric. Food Chem. 17, 704 (1969). Kurihara Y., Ookubo K., Halpern B. P.: Ann. NY Acad. Sci. 510, 427 (1987). Beksan E., Schieberle P., Robert F., Blank I., Fay L. B., Schlichtherle-Cerny H., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 51, 5428 (2003). Rotzoll N., Dunkel A., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 53, 4149 (2005). Opletal L., Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy, 101, 895 (2007). Soukup R. J., Parliment T. H.: Fr. Demande FR 2529446 (1984), Chem. Abstr. 100, 137686 (1984). Lecithin [online], poslední aktualizace 7. srpna 2007 03:19 [cit. 25. 8. 2007], Wikipedie. Dostupné z www: (http://en.wikipedia.org/wiki/Lecithin). Dewis M. L., Conkiln G., Pei T., Smith C. M., Janczuk A. J.: US 2006068071 (2006); Chem. Abstr. 144, 301190 (2006). Binggeli E., Gassenmeier K., Molnar J., Schieberle P.: PCT Int. Appl. WO 2003071863 (2003); Chem. Abstr. 139, 696644 (2003). Gascoyne J. M., Spring D. J.: Brit. 1,502,680; GB 1502706; Chem. Abstr. 89, 106206 (1978). Winter M, Gautschi F., Flament I., Stoll M., Goldman I. M.: U.S. 3917871 (1975); Chem. Abstr. 84, 57582 (1976). Pittet A. O., Pascale J. V., Hruzza D. E.: FR 72-41511 19721122 (1973); Chem. Abstr. 80, 13823 (1974). Breslin P. A. S., Beauchamp G. K.: Book of Abstracts, 210th ACS National Meeting, Chicago, IL, August 20 −24 (1995), Pt. 1, AGFD-117. Sawhney I. K., Patil G. R., Kumar B, Rao K. J.: J. Food Sci. Technol. (Mysore) 31, 252 (1994).

Chem. Listy 101, 1002−1010 (2007)

J. Moravcováa, L. Opletalb, O. Lapčíka, J. Čopíková , M. Uherd, and P. Drašara (a Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague, b Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Faculty of Pharmacy, Charles University, Hradec Králové, c Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, d Faculty of Chemical and Food Technology, Slovak Technical University, Bratislava): Compounds Influencing Perception of Organoleptic Properties (Flavor Modifiers)

The review provides a comprehensive survey of compounds influencing perception of organoleptic properties or flavor/taste modifiers in the context of the diversity of natural compounds and materials used in food industry. The article proposes a new definition of flavor (or contactperception) modifier as a compound or mixture of compounds which is not perceived intensively by taste, smell or touch but which substantially changes (masks), enhances or diminishes taste, smell or tactile perceptions of the material to which it is added.

c

87

Chem. Listy 105, 452457 (2011)

PŘÍRODNÍ LÁTKY A JEJICH DERIVÁTY CHUTI PÁLIVÉ

na obecně jako „hot“ (ostře kořeněný, pálivý, palčivý či peprný), nicméně např. v Merckově Indexu10 se dozvíme, že kapsaicin je „pungent principle of Capsicum“ (palčivý, štiplavý nebo ostrý; s tím souhlasí i pojetí ayurvedické); táž kniha uvádí i termín „acrid“ (ostrý, štiplavý, trpký), „burning“ (palčivý, pálivý), a další. Podle četnosti v odborné literatuře odpovídá českému termínu pálivý nejlépe anglický výraz „pungent“. Přírodní látky pálivé chuti jsou tradičně přidávány do potravin jako koření, a to zejména různé druhy pepře (rod Piper, čeleď Piperaceae) a papriky (Capsicum spp., Solanaceae), česnek, cibule (Alium sativa a A. cepa, Liliaceae), ředkvičky, hořčice a další brukvovité (Brassicaceae) rostliny (wasabi, křen japonský zelený (Wasabia japonica (Miq.) Matsum.), květák, zelí, brokolice, tuřín, kapusty, kedlubny, ředkve, řepka, řeřicha), kaparovité (Capparidaceae) a rezedovité (Resedaceae). Zdrojem pálivých látek je i zázvor (Zingiber officinale, Zingiberaceae), asa foetida neboli čertovo lejno (Ferula assafoetida L.; Apiaceae), bazalka a šalvěj, (Occimum basilicum a Salvia officinalis, Lamiaceae), skořice (Cinnamomum verum, Lauraceae), hřebíček (Syzygium aromaticum, Myrtaceae), vřesna, voskovník a další. Ayurveda uvádí použití pálivých potravin a bylin zevně k podpoře prokrvení, a obecně k léčení špatného zažívání, dysenterie, nachlazení a chřipky, astmatu, kašle, obesity, diabetu, některých kožních chorob a proti parazitům. Naopak jsou ayurvedou kontraindikovány při zánětech trávicího ústrojí, krvácivosti, pocitech pálení, reprodukčních problémech a zadržování moči.

OLDŘICH LAPČÍKa, LUBOMÍR OPLETALb, JITKA MORAVCOVÁa, JANA ČOPÍKOVÁc a PAVEL DRAŠARa a

Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, FarmF UK v Praze, 500 05 Hradec Králové, c Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 [email protected] Došlo 24.11.10, přijato 3.3.11. Klíčová slova: přírodní látka, pálivá a palčivá chuť, potravní doplněk, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Úvod Alkaloidy Sloučeniny obsahující síru Terpeny Fenoly Sloučeniny zvýrazňující pálivou chuť Závěr

1. Úvod 2. Alkaloidy Ze všech smyslů je to pravděpodobně chuť, která přináší lidem největší potěšení. Ovšem vnímání chuti jídla je složitý proces, podporovaný i dalšími smysly, čichem, zrakem a v menší míře i hmatem a sluchem. Pálivá chuť není obecně považována za jeden z chuťových principů (sladký, slaný, kyselý, hořký a umami)1, možná proto tuto vlastnost, podobně jako chuť svíravou, někteří autoři zařazují mezi pocity2, což jistě laskavý čtenář shledá plausibilním, pokud si sáhne prstem od paprik do oka, nebo bude sledovat pocity ve svém zažívacím traktu po požití několika papriček jalapeño (čti halapeňo). V této souvislosti je nutno podotknout, že starobylé indické učení o holistické medicíně, ayurveda, uvádí pálivou chuť (katu) mezi šesti základními chutěmi: sladká (madhura), kyselá (amla), slaná (lavana), hořká (tikta) a svíravá (kashaya). Tento článek je dalším z řady přehledů, ve kterých popisujeme přírodní látky a potravní doplňky36 a které mohou sloužit jako učební pomůcka. V literatuře je možno nalézt několik přehledných prací na toto téma79. Pálivá chuť je v angličtině označová-

Podíváme-li se na dvě nejdůležitější kuchyňské přísady, na pepř a papriku, najdeme v obou alkaloidy. Plody a výrobky z pálivých paprik, jako feferonky a jalapeňo, chilli, cayennský pepř a podobně (Capsicum spp.) jsou pálivé proto, že rostliny syntetizují a akumulují ve svých tkáních kapsaicin a celou skupinu jeho analogů, známých jako kapsaicinoidy. Tyto sekundární metabolity, ceněné zejména v orientální a mexické kuchyni12, jsou důležité nejen v potravinářství, ale nalézají uplatnění i v kosmetickém, vojenském a farmaceutickém průmyslu13. Pálivé látky z paprik způsobují zvýšení sekrece katecholaminů z dřeně nadledvin u anestetizovaných krys14. Kapsaicinoidy ovlivňují vnímání bolesti a termoregulaci15. Jejich působení na nociceptivní (to jest přijímající, či vedoucí škodlivé zejména bolestivé podněty) nervová zakončení je zprostředkováno membránovým receptorem spřaženým s kationtovým kanálem, označovaným TRPV1 (transient receptor potential ion channel of the vanilloid type 1). TRPV1 se aktivuje i dalšími, strukturně odlišnými, látkami 88

Chem. Listy 105, 452457 (2011)

Tabulka I Škála pálivé chuti (Scoville scale) Pálivost 15000000–16000000 8600000–9100000 5000000–5300000 855000–1075000 350000–580000 100000–350000 50000–100000 30000–50000 10000–23000 2500–8000 500–2500 100–500 0

Příklad kapsaicin kapsaicinoidy jako homokapsaicin pepřový sprej Naga Jolokia Red Savina habanero Habanero chili, jamajský pepř thajský pepř kayenský pepř, papričky tabasco pepř serrano jalapeño, maďarská pálivá paprika, omáčka „Tabasco“ (červená) anaheimský pepř pimento, peperoncini bez pálivé chuti, sladká paprika

odvozenými od kyseliny vanilové a také bez přítomnosti ligandu teplem (nad 4245 °C) a kyselým extracelulárním prostředím (pH pod 6,3) (cit.1618). Nezbytným předpokladem aktivity kapsaicinoidů je přítomnost amidové vazby, naproti tomu délka řetězce amidově vázané karboxylové kyseliny má pouze modulační účinek. Obdobné látky s esterovou vazbou, nazývané kapsinoidy, které vznikají v kultivarech s mutací genu pro aminotransferasu zodpovědnou za konverzi vanilaldehydu na vanilamin, jsou neaktivní19,20.

O

O

předpokládaná struktura chavicinu

Z japonského (sečuánského) pepře (Zanthoxylum piperitum (L.)DC./Fagara rhetsa (Roxb.) DC.; Huajiao, žlutodřev pepřový) a dalších příbuzných bylin byl izolován pálivý amid sanshool a jeho deriváty25 a rovněž pálivý hazaleamid26.

O O

N

O

N H

HO

kapsaicin sanshool

O NH

Druhé nejběžnější pálivé koření, pepř černý (Piper nigrum), je klasicky znám tím, že obsahuje až 5 % alkaloidů piperinu a chavicinu. Blíže se nedávno na identifikaci alkaloidů pepře podívali na univerzitě v Kielu a zjistili, že chavicin, o němž se předpokládalo21, že je cis,cispiperinem, je ve skutečnosti směsí piperinu a dalších minoritních alkaloidů. Za pálivou chuť pepře černého a dalších členů čeledi Piperaceae je tedy zodpovědný zejména sám piperin22. Analogů piperinu a podobných alkaloidů bylo izolováno několik desítek23. Piperin není genotoxický a má protirakovinné a protimutagenní účinky24.

hazaleamid

O N H

Z kořenů Heliopsis longipes (Gray) Blake27 byly izolovány chaulmoogramidy a příbuzné sloučeniny pálivé chuti.

O

O N

O

N H

O

HO

piperin

O

89

N-vanillylchaulmoogramid

Chem. Listy 105, 452457 (2011) O

S O

N H

HO

S

O S OH

OH

OH NH2

allicin

O

alliin N-vanillylricinoleamid

Z cibule (Allium cepa L.) je podobně připravován cibulový olej, který obsahuje allylpropyldisulfid, S-(1-propenyl)cystein-sulfoxid a 1-propenylsulfenovou kyselinu, o té se soudí, že je hlavní slzotvornou látkou cibule32. Nicméně jsou v cibuli zastoupeny podobné látky jako v česneku, které se ostatně vyskytují ve všech druzích rodu Allium L. Štiplavou vůni opět udává allicin.

Obecně se soudí, že alkaloidy mají hořkou až pálivou chuť, ale systematická studie zde chybí.

3. Sloučeniny obsahující síru Rostliny řádu brukvotvaré (Brassicales) obsahují glukosinoláty, po staru též thioglukosidy, ještě dříve jako hořčičné oleje. Např. v semeni řepky je kolem deseti glukosinolátů, přičemž progoitrin a glukonapin tvoří 7590 % z nich. Glukosinoláty jsou dobře rozpustné ve vodě a mohou se v roztoku hydrolyzovat. Glukosinoláty a jejich některé štěpné produkty vyvolávají vjemy palčivosti, štiplavosti, případně hořkosti28,29. HO HO HO HO

O

O

S

S

allylpropyldisulfid

V karí koření (curry), skořici, hořčici a dalších přírodních zdrojích se kromě výše popsaných glukosinolátů (hořčice) vyskytuje i pálivý allylisothiokyanát14. V semenech hořčice se vyskytuje jako hlavní pálivá složka ve formě glykosidu sinigrinu (viz výše), ze kterého je allylisothiokyanát uvolněn hydrolýzou. Ve skořicové kůře se vyskytuje jako druhá pálivá složka skořicový aldehyd33.

-

S O O O N S R

N

S

allylisothiokyanát

4. Terpeny

obecný vzorec glukosinolátů R = -CH2CH2CH=CH2, glukonapin R = -CH2CH=CH2, sinigrin R = -CH2CH(OH)CH=CH2, progoitrin

Bazalka (Ocimum basilicum L.; Herba Basilici) je na chuť nasládlá ale zároveň pálivá. Vůně a pálivý pocit jsou připisovány terpenům, zejména protizánětlivému β-karyofylenu a thymolu, jejichž obsah se liší mezi jednotlivými varietami. β-Karyofylen je obsažen rovněž v hřebíčku (hřebíčkovec vonný (Syzygium aromaticum (L.) Merr. et L. M. Perry)), konopí setém (Cannabis sativa L.), rozmarýnu lékařském (Rosmarinus officinalis L.) a chmelu otáčivém (Humulus lupulus L.) a thymol v tymiánu obecném (Thymus vulgaris L.) a zavinutce tečkované (Monarda punctata L.).

Rozumný příjem glukosinolátů v potravě může být velmi prospěšný, neboť tato skupina látek a jejich deriváty a metabolity slouží jako přírodní pesticidy. V současnosti se věnuje pozornost jejich možné roli v prevenci rakoviny (cit.30). Při dlouhodobém a nadměrném příjmu glukosinolátů může dojít ke snížení produkce thyroxinu T4, k hypertrofii štítné žlázy, vzniku krvácivosti jater a za určitých okolností k poklesu plodnosti31. Některé hořčičné oleje obsahují příjemně cibulově vonící allylkyanid10. Řada přírodních zdrojů, jako např. česnek, cibule, asa foetida (čertovo lejno) obsahují další plejádu sirných sloučenin. Česnek (Allium sativum L.), zejména ten čerstvě rozdrcený, obsahuje biologicky aktivní a charakteristicky páchnoucí allicin, který je tvořen enzymem alliinasou z nepáchnoucího alliinu, právě tehdy, je-li česnekový stroužek čerstvě rozdrcen. Z česneku se připravuje tzv. česnekový olej, který má charakteristický zápach a obsahuje řadu sirných látek, jako diallyldisulfid, diallyltrisulfid, methylallyltrisulfid, methylallyldisulfid, a diallylsulfid. Česnekový olej má antimikrobiální účinek a působí příznivě na srdce a cévy; používá se v potravinářství10.

H

H

β-karyofylen

OH

thymol

Černý kardamon (Amomum aromaticum Roxb.; droga (plod) Fructus amomi tsaoko) obsahuje pálivý trans2,3,3a,7a-tetrahydro-1H-inden-4-karbaldehyd označovaný jako t-THIC cpd, který je pozoruhodný tím, že byl izolován kombinací kapalinové chromatografie a testování chuti jednotlivých frakcí34. 90

Chem. Listy 105, 452457 (2011) O O

O

shogaol H

HO

t-THIC cpd

O

H

O

zingeron

Persicaria odorata (Lour.) Soják a Persicaria hydropiper (L.) Spach obsahují pálivý polygodial a řadu dalších terpenických analogů. Tyto látky, kromě toho, že mají pálivou chuť, působí i jako antifeedanty, tj. omezují požer listů. Lze tedy soudit, že jedna z funkcí látek pálivé chuti v přírodě může být obrana rostlin proti škůdcům35.

HO

Kurkuma (Curcuma domestica Val. / Curcuma longa L.) a samozřejmě karí koření obsahují pálivý kurkumin. Šalvěj (Salvia officinalis L.) obsahuje pálivý kurkumin též. O

O

O

O

O

HO

polygodial

OH O

H

kurkumin

Z pálivé silice z Lippia hastulata (Grisebach) Hieron byla získána celá řada chuťově aktivních látek, 5055 % z obsahu byly terpenické uhlovodíky. Silice je používána jako populární lék při žaludečních obtížích36. Nenasycené seskviterpeny marasmanového a laktaranového typu, např. laktardial, jsou chuťovými principy pálivých ryzců (rod Lactarius), např. kravského, peprného a pýřitého (L. torminosus, L. piperatus a L. vellereus). Chuťově aktivní dialdehydy vznikají po poranění plodnice sledem enzymově katalyzovaných reakcí z prekurzorů, jimiž jsou estery seskviteterpenových diolů s mastnými kyselinami37,38.

Dihydrogalangal-acetát z kořenů siamského zázvoru (Alpinia galanga (L.) Willd.) a jeho nenasycený analog byly shledány jako sloučeniny zodpovědné za pálivou chuť galangalu. Prvá z nich je stálejší a používá se v potravinářství. O O O

dihydrogalangal-acetát

O

O

O O O

laktardial

galangal-acetát

O

O

6. Sloučeniny zvýrazňující pálivou chuť 5. Fenoly Každý, kdo se napil alkoholického nápoje po požití ostrého jídla, ví, že alkohol zesiluje pálivý pocit. Ne nadarmo se v Rusku vyráběla vodka Pertsovka. Kyselina chinová (nesprávně nazývaná kyselina chininová), je látka získávaná např. z chinovníku, čajových lístků a kávových zrn. Ona a její deriváty mohou být použity v koncentraci 0,1500 ppm jako zesilovače pálivého pocitu např. u wasabi, česneku, zázvoru a feferonek. Zde je vidět, že i přestože jsou pálivé chuti různých odstínů, jsou pravděpodobně vázány na podobný mechanismus účinku40. Byla provedena i studie a potvrzeno vzájemné synergické působení obsahových látek česneku a látek s chutí umami41.

Celá řada přírodních sloučenin má pálivou chuť, ale neobsahuje ani alkaloidy, ani sirné sloučeniny ani terpeny. Je zde ale výrazná skupina fenolických látek. Pokud začneme v této skupině zázvorem (Zingiber officinale Rosc.), jsou za pálivou chuť zodpovědné gingerol a shogaol a jejich deriváty a dále zingeron. 6-Gingerol má antibakteriální, protizánětlivé, antitumorové a antiangiogenní aktivity39. OH

OH

O HO

gingerol 91

Chem. Listy 105, 452457 (2011) HO HO

kyselina chinová

HO HO

14. Kawada T., Sakabe S., Watanabe T., Yamamoto M., Iwai K.: Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 188, 229 (1988). 15. Liu L., Wang Y., Simon S. A.: Pain 64, 191 (1996). 16. Kress M., Zeilhofer H. U.: TiPS 20, 112 (1999). 17. Holzer P.: Eur. J. Pharmacol. 500, 231 (2004). 18. Špicarová D., Paleček: J. Physiol. Res. 57 (Suppl. 3), S69 (2008). 19. Kobata K., Todo T., Yazawa S., Iwai K., Watanabe T.: J. Agric. Food Chem. 46, 1695 (1998). 20. Tanaka Y., Hosokawa M., Miwa T., Watanabe T., Yazawa S.: J. Agric. Food Chem. 58, 1761 (2010). 21. Buchheim R.: Arch. Exp. Pathol. Pharmakol. 5, 455 (1876). 22. Grewe R., Freist W., Neumann H., Kersten S.: Chem. Ber. 103, 3752 (1970). 23. Freist W.: Chem. Unserer Zeit 25, 135 (1991). 24. Srinivasan K.: Critical Rev. Food Sci. Nutr. 47, 735 (2007). 25. Sugai E., Morimitsu Y., Iwasaki Y., Morita A., Watanabe T., Kubota K.: Biosci. Biotechnol. Biochem. 69, 1951 (2005). 26. Shibuya H., Takeda Y., Zhang R. S., Tong R. X., Kitagawa I.: Chem. Pharm. Bull. 40, 2325 (1992). 27. Dominguez J. A., Diaz G. L., de los Angeles Vinales M. D.: Ciencia (Mexico City) 17, 213 (1957). 28. Katalog krmiv, ÚVŽP Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, Brno 2007, http:// web2.mendelu.cz/af_222_multitext/krmiva/ (staženo 5/8 2010). 29. Fahey J. W. , Zalcmann A. T., Talalay P.: Phytochemistry 56, 5 (2001). 30. Hayes J. D., Kelleher M. O., Eggleston I. M.: Eur. J. Nutr. 47 (Suppl 2), 73 (2008). 31. Lapčík O.: Czech J. Food Sci. 22, 29 (2004). 32. Virtanen A. I.: Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 74, 374 (1962). 33. Iwasaki Y., Tanabe M. Kobata K., Watanabe T.: Biosci. Biotechnol. Biochem. 72, 2608 (2008). 34. Starkenmann C., Mayenzet F., Brauchli R., Wunsche L., Vial C.: J. Agric. Food Chem. 55, 10902 (2007). 35. Caprioli V., Cimino G., Colle R., Gavagnin M., Sodano G., Spinella A.: J. Nat. Prod. 50, 146 (1987). 36. Pereyra L.: Univ. Nacl. Tucuman Museo Historia Natural 8, 3 (1926); Chem. Abstr. 22, 1099 (1928). 37. Bergendorff O., Sterner O.: Phytochemistry 27, 97 (1988). 38. Sterner O., Bergman R., Franz C., Wickberg B.: Tetrahedron Lett. 26, 3163 (1985). 39. Kim E. C., Min J. K., Kim T. Y., Lee S. J., Yang H. O., Han S., Kim Y. M., Kwon Y. G.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 335, 300 (2005). 40. Togawa M., Maeda K., Matsumoto K., Masuda H.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho, JP 2005204555 (2005); Chem. Abstr. 143, 171860 (2005). 41. Fuke S., Konosu S.: Psychol. Behav. 49, 863 (1991).

O

OH

7. Závěr Přehled přírodních látek pálivé a ostré chuti ukazuje zajímavost této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci, např. potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi. Hledání nových chuťových látek použitelných nejen v humánní, ale i zemědělské praxi (živočišné výrobě, kde se mohou uplatnit jako prostředek regulující krmení) je však jen jednou stránkou problému pálivého pocitu: druhou je hledání postupů (a látek) – modifikátorů vnímání, které mohou tento vjem naopak tlumit. Dokud však nebudou dobře známy molekulární mechanismy principů vnímání těchto pocitů, budeme jen na začátku tohoto studia „tlumení chuti pálivé“, tak jako v současnosti. Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a specifického vysokoškolského výzkumu 2010-SVV-2010-261-002. LITERATURA 1. Chandrashekar J., Hoon M. A., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 444, 288 (2006). 2. Noble A. C.: Chemistry of Wine Flavor, ACS Symposium Series 714, 156 (1998). 3. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 4. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 5. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 6. Čopíková J., Moravcová J., Lapčík O., Opletal L., Drašar P.: Chem. Listy, v tisku. 7. Kawada T.: Rinsho Eiyo 81, 529 (1992); Chem. Abstr. 118, 79871 (1993). 8. Freist W.: Chemie Uns. Zeit 25, 135 (1991). 9. Ziegler H. (ed.): Flavourings, 2. vyd. Wiley-VCH, Weinheim 2007. 10. The Merck Index, 13. vyd. Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 11. Peter K. V. (ed), Handbook of Herbs and Spices Vol 1, CRC Press, 2001. 12. Xue D.: Zhongguo Tiaoweipin 9, 37 (2004); Chem. Abstr. 144, 50588 (2005). 13. Ochoa-Alejo N.: Methods Mol. Biol. (Clifton, N.J.) 318, 327 (2006).

92

Chem. Listy 105, 452457 (2011)

O. Lapčíka, L. Opletalb, J. Moravcováa, J. Čopíkovác, and P. Drašara (a Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague, b Department of the Chemistry of Natural Products, Pharmaceutical Faculty, Charles University, Hradec Králové, c Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague): Natural Compounds and Their Derivatives of Hot or Pungent Taste The review article brings a comprehensive survey of compounds with hot or pungent taste and of compounds responsible for modifications of this sensation. It is aimed as teaching material for students and teachers. It may bring some information to food and other specialists.

93

Chem. Listy 108, 1053–1057 (2014)

PŘÍRODNÍ LÁTKY SVÍRAVÉ A TRPKÉ CHUTI

JANA ČOPÍKOVÁa, ZDENĚK WIMMERb,c, OLDŘICH LAPČÍKc, LUCIE CAHLÍKOVÁd, LUBOMÍR OPLETALd, JITKA MORAVCOVÁc a PAVEL DRAŠARc

hají odstraňovat z organismu vodu a způsobují pocit „suchého“ jazyka14. Na straně druhé pomáhají zastavit průjmy a krvácení a omezují pocení tím, že mj. způsobují stažení cév a srážení krve neb se řada z nich váže na bílkoviny. Mohou též působit protidráždivě, protizánětlivě a urychlují hojení; bývají sedativní a působí zklidnění a lehce znecitlivují. Mezi typickými příklady trpce svíravých potravin a látek jsou například čaj, víno, trnky, šalvěj, třezalka, nezralé banány, betel, churma, brusinky, granátová jablka, myrha, vodilka, kurkuma, okra, muškát, petržel, šafrán a kamenec. Častou příčinou svíravě trpké chuti jsou třísloviny (taniny), patřící mezi „polyfenoly“. Trpce svíravá chuť má své nezastupitelné místo v chuťových vjemech vín z celého světa. Navzdory tomu, že trpkost je předmětem každodenní smyslové zkušenosti, povaha jejího vnímání není jasná. Někteří autoři předpokládají15,16, že trpkost vyvolává u člověka dráždění trojklaného nervu, a adstringentní látka může u myší aktivovat receptor spřažený s G proteinem v gangliových buňkách trojklaného nervu. Přehledů na toto téma je několik, většinou však diskutují pouze třísloviny. Základní informaci poskytne i Merckův Index17. Některé práce se zabývají i fyziologií18–20, jiné použitím v kosmetice21. Většinou se však přehledové práce systematicky chemickému složení a popisu vlastností jednotlivých komponent nevěnují.

a

Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Ústav experimentální botaniky AV ČR, Izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4, c Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, d Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové Došlo 15.7.14, přijato 30.9.14. Klíčová slova: přírodní látka, trpké, svíravé, doplněk stravy, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Úvod Adstringentní komponenty vína Třísloviny, fenolické a polyfenolické látky Ostatní látky trpce svíravé chuti Látky souvisejících vlastností Závěr

2. Adstringentní komponenty vína Podívejme se nejprve na nápoj, který lidstvo kultivuje po tisíce let, víno. Odborníci budou hodnotit jeho sametově trpkou, suchou a svíravou chuť, různé stupně hořkostí, a to zvláště ve víně z červených hroznů. Byla izolována řada netěkavých složek ovlivňujících chuť vína, mezi jinými série hydroxybenzoových kyselin, hydroxyskořicová kyselinu, flavon-3-olové glykosidy, dihydroflavon-3-olové rhamnosidy a strukturně nedefinovaná polymerní frakce (>5 kDa), jako typičtí zástupci sloučenin s trpce svíravou chutí. Různé skupiny tříslovin jsou popisovány jako důležití přispěvovatelé k hořké a svíravé chuti vína22. Na rozdíl od série ethylesterů kyselin hydroxybenzoových a hydroxyskořicové23, flavan-3-oly nebyly shledány zásadními přispěvovateli k adstringentní a hořké chuti; je zajímavé, že po prvotním pocitu trpkosti u vína se zpravidla objevuje následná nasládlost, navozená přítomností monomerních katechinů, která přispívá ke „kulatosti“ tohoto dobrého moku. Recentně se adstringentními komponentami vína zabývalo několik přehledů24,25. Nízkomolekulární polyfenoly se obecně považují za látky odpovědné za pocit plnosti v ústech, kde mezi adstringentními látkami lze vidět koutarovou kyselinu a kvercetin-3-O-rutinosid (rutin, rutosid, soforin).

1. Úvod Článek si klade za cíl posloužit jako učební pomůcka v jazyce českém, tak jako několik předchozích statí v tomto časopise1–10. Trpká/svíravá chuť nepatří mezi základních pět soudobě uznávaných chuťových principů (sladký, slaný, kyselý, hořký a umami)11 možná proto, že tuto vlastnost někteří autoři zařazují ne mezi chutě ale mezi pocity12. O chutích se v současnosti hodně bádá a tak např. se soudí, že může existovat i chuť „vápníková“13, zřejmě se na tomto poli dovíme ještě mnoho zajímavého. Pokud se týče trpké a svíravé chuti, jde o potravinářskou kategorii, pokud se týče pocitu a účinku na tkáň a kůži, je taková vlastnost využitelná například v kožním lékařství a kosmetice. Nicméně staří Indové trpkou chuť řadili mezi šest chuťových principů Ajurvédy (pocházejících ze starověké Indické medicíny): sladký, slaný, kyselý, hořký, ostrý (pungent) a svíravý/trpký (astringent). Svíravě trpký chuťový vjem je velmi obtížně popsatelný. Podle Ajurvédy jsou trpce svíravé potraviny suché, hrubé a chladné. Pomá94

Chem. Listy 108, 1053–1057 (2014)

O O

ka nebo Číny; duběnky obsahují až 70 % třísloviny. Chemicky je tanin heterogenní a komplexní směs. Obvykle se dělí na dvě skupiny: (a) deriváty flavanolů, tzv. kondenzované třísloviny a (b) hydrolyzovatelné třísloviny (významnější skupina), které jsou estery sacharidů, obvykle glukosy, s jednou nebo více molekul kyseliny trihydroxybenzenkarboxylové (gallové) či jejím dimerem, kyseliny ellagové. Struktura, kterou uvádíme, je tanin zvaný korilagin30 (C27H22O18). Pro tříslovinu se obvykle udává sumární vzorec C76H52O46 (cit.31).

OH

HO O HO OH O

koutarová kyselina OH HO

O

OH HO

OH

OH O

O OH O O

O

HO

HO

OH

O

OH

O O HO O

HO

OH

O

O

OH O OH

OH

OH HO

OH

OH

rutin

korilagin

Vinaři dokonce trpce svíravou (puckery) chuť kvantifikují v rámci hrubosti od „sametu“ (velvet) po „smirek“ (emery)26; uvádí se i jazyk „vysušující“ pocit. Tyto vjemy se připisují opět většinou obsahu polyfenolů, aniž dále látky specifikují. Zdá se však, že tento chuťový vjem je závislý i na kyselosti vína (zejména obsahu a poměru kyseliny jablečné a vinné), obsahu anthocyanů (dříve anthokyaninů) ale i ethanolu. Svíravá chuť je naopak hodnocena u jiných výrobků jako závažný defekt27,28. V japonských vínech sake a mirin byla jako zdroj nepříjemné svíravě hořké „egumi“ chuti kyselina ferulová29.

OH O

O HO

OH

HO

O

HO OH

kyselina gallová

OH

OH

O

O

OH

kyselina ellagová

Kaki tannin je komplexní sloučenina skládající se z epikatechinu, katechin-gallátu, gallokatechinu a gallokatechin-gallátu kondenzovaných přes C-4, C-6 anebo C-8 do polymeru. Kaki-tannin je odpovědný za svíravou chuť plodů tomelu japonského (persimon, Diospiros kaki, Ebenaceae). Strukturním základem „polyfenolických“ látek je flavon či flavanol (hydroxyderivát flavanu). Může však jít i o jiné nenasycené, oxidované cykly. V této skupině patrně bude mnoho adstringentních látek, ale literatura je na přesnější údaje o jejich chuti skoupá.

O OH O

kyselina ferulová

3. Třísloviny, fenolické a polyfenolické látky Kyselina tříslová (tříslovina, tanin, tannic acid, gallotannin, gallotannic acid, nesprávně pak též digallic acid) je komečně využívanou surovinou a jako taková obvykle obsahuje kolem 10 % vody. Vyskytuje se v kůře a ovoci celé řady rostlin, najmě pak v kůře různých dubů (Quercus sp., Fagaceae), ve škumpě (Rhus sp., Anacardiaceae) a myrobalanu (Prunus cerasifera, Rosaceae). Vyrábí se z duběnek, tj. dubových hálek, obvykle původem z Turec-

O

O O

flavon (flavanon) 95

flavan

Chem. Listy 108, 1053–1057 (2014)

OH

Trpký apigetrin je izolován z květenství Anthemis nobilis L., (Asteraceae)32 a petržele (Petroselinum crispum, Apiaceae)33. Adstringentní chlorogenová kyselina se nachází v pražené kávě.

HO

O

OH OH

HO

OH

OH O

O O

O

OH

OH

katechin

OH

Aromatická komponenta mateřídoušky, oregana (dobromysli), čubriky a dalších koření, thymol, je pro své svíravé účinky dokonce používána ve výrobě přípravků pro dentální hygienu36.

OH

apigetrin

OH

O HO HO O

OH

OH

O

OH

O OH

OH

O HO

HO O

OH

OH

thymol

chlorogenová kyselina

dihydrorubrumin

Dihydrorubrumin a jeho nenasycený analog rubrumin, s další dvojnou vazbou vedle karbonylu (konfigurace E), původem z červeného rybízu (Ribes rubrum, Grossulariaceae) se používají jako adstringentní přísady do potravin37.

Dikaffeylchinová kyselina (cynarin) se nachází v pražené kávě a listech artyčoku (Cynara scolymus L, Asteraceae). Tato adstringentní látka dokonce snižuje hodnoty LDL a cholesterolu v séru a játrech u myší premedikovaných ethanolem34. Fraxin (fraxoside, paviin) je izolován z kůry evropského jasanu (Fraxinus excelsior, Oleaceae)35, jírovce (Aesculus hippocastanum L., Hippocastanaceae) a zanice (Diervilla sp., Caprifoliaceae).

HO

OH

HO O

HO

OH

O

HO

O O

O HO

HO

OH

HO

O

HO

cynarin

(–)-Epigallokatechin-gallát byl shledán jako hlavní adstringentně-hořká komponenta zeleného, černého i oolong čaje38–40.

HO OH

HO O O

O

HO

(–)-epigallokatechin-gallát

OH

O OH

OH O

O OH

OH

4. Ostatní látky trpce svíravé chuti a svíravých vlastností Jako adstringentní je popisován polohydrát síranu vápenatého41. 3-(Karboxymethyl)-1-(-D-glukopyranosyl)1H-indol a jeho deriváty byly shledány na základě sensometabolomické analýzy jako sloučeniny, m.j. spoluzodpovědné za adstringentní vlastnosti plodů rybízu červeného (Ribes rubrum, Grossulariaceae)42. L-(–)-Karnitin je používán pro své adstringentní vlastnosti v kosmetice.

O

fraxin D-(+)-Katechin (katechinová kyselina, biokatechnin, cianidol, gallokatechin) je jedna z trpkých komponent jedné ze složek betelu semen arekové palmy (Areca catechu, Arecaceae).

96

Chem. Listy 108, 1053–1057 (2014) HO

Lyoniresinol je obsažen v opáleném dřevě španělského dubu (Quercus texana, Fagaceae).

OH OH

N

OH

O OH O

O

O

O

OH

OH

3-(karboxymethyl)-1-(-D-glukopyranosyl)-1H-indol

HO

+

N

O

OH

O

-

(+)-lyoniresinol

OH O L-(–)-karnitin

6. Závěr

Adstringentní berberin je obsažen v řadě zdrojů, ať je to vodilka (Hydrastis canadensis, Hydrastidaceae) nebo v různých druzích dřišťálu (Berberis sp., Berberidaceae).

Přehled přírodních látek trpké a svíravé chuti ukazuje zajímavost této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci, například potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi.

O O

+

Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV č. QI111A166.

N

O O

berberin

LITERATURA 1. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 2. Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 99, 802 (2006). 3. Cejpek K.: Chem. Listy 108, 426 (2014). 4. Čopíková J., Moravcová J., Wimmer Z., Opletal L., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 107, 867 (2013). 5. Čížková H., Ševčík R., Rajchl A., Pivoňka J., Voldřich M.: Chem. Listy 106, 903 (2012). 6. Jelínek L., Karabín M., Kinčl T., Hudcová T., Kotlíková B., Dostálek P.: Chem. Listy 107, 209 (2013). 7. Krejzová E., Bělohlav Z.: Chem. Listy 108, 17 (2014). 8. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 9. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, 1002 (2007). 10. Opletal L., Čopíková J., Uher M., Lapčík O., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy, 101, 895 (2007). 11. Chandrashekar J. Hoon M. A., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 444, 288 (2006). 12. Noble A. C.: Chemistry of Wine Flavor, ACS Symposium Series 714, 156 (1998). 13. Tordoff M. G.: Physiol. Rev. 81, 1567 (2001). 14. Guest S., Essick G., Young M., Phillips N., McGlone F.: Physiol. Behavior 93, 889 (2008). 15. Jiang Y., Gong N. H. N. Matsunami H.: Chem. Senses 39, 467 (2014).

Styfnová kyselina (styphnic acid) je sice fenolem, ale značně podivným. Byla izolována z extraktu dřeva sapanu (pernambuco, Caesalpinia echinata, Fabaceae) a štítosemenky kebračo (Aspidosperma quebracho, Apocynaceae) působením kyseliny dusičné a jde tudíž o izolační artefakt43. Nicméně se tato látka vyrábí průmyslově a používá při výrobě výbušnin, jak lze tušit ze strukturního vzorce. -

HO O + N O

O + N O OH +

N O O

-

styfnová kyselina

5. Látky souvisejících vlastností Zajímavé je, že trpce svíravá chuť potravin a nápojů například whisky, způsobená extrakty (taniny) z dubového dřeva může být potlačena přídavkem (+)-lyoniresinolu, který způsobí, že chuť je poté vnímána jako uhlazená. (+)97

Chem. Listy 108, 1053–1057 (2014)

16. Schobel N., Radtke D., Kyereme J., Wollmann N., Cichy A., Obst K., Kallweit K., Kletke O., Minovi A., Dazert S., Wetzel C. H., Vogt-Eisele A., Gisselmann G., Ley J. P., Bartoshuk L. M., Spehr J., Hofmann T., Hatt H.: Chem. Senses 39, 471 (2014). 17. The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 18. Schiffman S. S., Suggs M. S., Simon S. A.: Brain Res. 595, 1 (1992). 19. Rossetti D., Yakubov G. E., Stokes J. R., Williamson A.-M., Fuller G. G.: Food Hydrocolloids 22, 1068 (2008). 20. Dorr W.: Int. J. Radiat. Biol. 79, 531 (2003). 21. Johnson W.: Int. J. Toxicol. 24, 75 (2005). 22. McRae J. M., Schulkin A., Kassara S., Holt H. E., Smith P. A.: J. Agric. Food Chem. 61, 719 (2013). 23. Hufnagel J. C., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 56, 1376 (2008). 24. Ferrer-Gallego R., Hernández-Hierro J. M., RivasGonzalo J. C., Escribano-Bailón M. T.: Food Res. Int. 62, 1100 (2014). 25. Challacombe C. A., Abdel-Aal E. S. M., Seetharaman K., Duizer L. M.: J. Cereal Sci. 56, 181 (2012). 26. Gawel R., Francis L., Waters E. J.: J. Agric. Food Chem. 55, 2683(2007). 27. Lemieux L., Simard R. E.: Lait 74, 217 (1994). 28. Lehtinen P., Laakso S.: Agric. Food Sci. 13, 88 (2004). 29. Hashizume K., Ito T., Shimohashi M., Ishizuka T., Okuda M.: Food Sci. Technol. Res. 19, 705 (2013). 30. Schmidt O. T., Lademann R.: J. Liebigs Ann. Chem. 571, 232 (1951). 31. Schmidt O. T.: Angew. Chem., Int. Ed. 74, 48 (1962). 32. Power F. B., Browning H.: J. Chem. Soc., Trans. 105, 1833 (1914). 33. Nordström, Swain, Chem. & Ind. (London) 1953, 85; J. Chem. Soc. 1953, 2764. 34. Wojcicki J.: Drug Alcohol Depend. 3, 143 (1978).

35. Salm-Horstmar O.: Pogg. Ann. 100, 607 (1857). 36. Lee S. P., Buber M. T., Yang Q., Cerne R., Cortes R. Y., Sprous D. G., Bryant R. W.: Brit. J. Pharmacol. 153, 1739 (2008). 37. Schwarz B., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 55, 1394 (2007). 38. Yu P. G., Yeo A. S. L., Low M. Y., Zhou W. B.: Food Chem. 155, 9 (2014). 39. Hayashi N., Ujihara T., Chen R. G., Irie K., Ikezaki H.: Food Res. Int. 53, 816 (2013). 40. Ujihara T., Hayashi N., Ikezaki H.: Food Sci. Technol. Res. 19, 1099 (2013). 41. Sedmalis U., Sperberga I., Sedmale G.: Latvijas Kimijas Zurnals 2007, 222. 42. Hofmann T.: Abstracts of Papers, 236th ACS Natl Meeting, Philadelphia, PA, US, August 17-21, AGFD275 (2008). 43. Einbeck H., Jablonski L.: Ber. 54, 1084 (1921). J. Čopíkováa, Z. Wimmerb,c, O. Lapčíkc, L. Opletald, J. Moravcovác, and P. Drašarc (a Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague, b Institute of Experimental Botany AS CR, Isotope Laboratory, Prague, c Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague, d Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Faculty of Pharmacy, Charles University, Hradec Králové): Naturally Occurring Astringent Compounds A brief survey of the naturally occurring astringent compounds aims to show the importance of this group of renewable materials to contribute to the knowledge of the biodiversity of secondary metabolites that can be utilized among others, in food, cosmetic and pharmaceutical industry. The beauty and biodiversity of this group of mostly secondary metabolites are illustrated. The article is also aimed as teaching tool for teachers and students.

98

Chem. Listy 106, 926930 (2012)

KOVOVÁ CHUŤ PŘÍRODNÍCH LÁTEK A JEJICH DERIVÁTŮ

ZDENĚK WIMMERa,b, LUBOMÍR OPLETALc, JANA ČOPÍKOVÁd, JITKA MORAVCOVÁa, KHALED SALEH OMAR ABDULMANEAa, OLDŘICH LAPČÍKa a PAVEL DRAŠARa

2. Přírodní látky chuti kovové Chuť kovu znají zvířata od doby bronzové a železné, proto nevezmou návnadu masa z pasti, pokud byla návnada krájena kovovým nožem13. Půjde zřejmě o kontaminaci masa oxidy a solemi kovů z povrchu kovových nástrojů. Kovovou chuť železa a mědi cítí člověk v pitné vodě ještě při koncentracích cca 0,05 mg l–1 pro ionty železa a 0,61 mg l–1 pro ionty mědi14. Nepříjemnou kovovou chuť může mít i titan použitý pro dentální náhrady15. Kovovou chuť16 nalezneme nejvýrazněji u solí rtuti a stříbra a dále železa, mědi a cínu, ať již organických (laktát, glukonát) nebo anorganických kyselin. Merckův Index17 uvádí šest látek s kovovou chutí. Typicky anorganickou sloučeninou s kamencově kovovou chutí je „bílý rtuťnatý precipitát“ HgClNH2 a ostře kovově chutnající ZnBr2. Kovová chuť byla zaznamenána též u uhličitanu lanthanitého18. Říká se, že čerstvá krev má kovovou chuť. O povaze této chuti však nejsou další informace v odborné literatuře, může to být tím, že slaný je údajně sám hem19. V literatuře se vyskytuje dokonce termín „blood-like, metallic bitter taste“20. Bylo zjištěno, že okt-1-en-3-on je zodpovědný za kovovou chuť mléčných produktů21. Podobné látky z houby Tricholoma matsutake Sing., jmenovitě 1-okten-3-on a 1-okten-3-ol, jsou dávány do souvislosti s kovovou chutí22. Někdy je tento vjem popisován jako kovová vůně a mezi nejaktivnější látky je zařazován též non-1-en-3-on (cit.23).

a

Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, b Ústav experimentální botaniky AV ČR, Izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, 142 20 Praha 4, c Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova v Praze, Heyrovského 1203, 500 05 Hradec Králové, d Ústav chemie a technologie sacharidů, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6

Klíčová slova: přírodní látka, chuť kovová, potravní doplněk, obnovitelné zdroje

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.

Úvod Přírodní látky chuti kovové Nežádoucí projevy kovové chuti Omezení vnímání kovové chuti Závěr

O

1. Úvod Článek je dalším z řady recentních přehledů, ve kterých tento časopis popisuje rozmanitost přírodních látek1–7 a který může sloužit i jako vhodná učební pomůcka. Chuťové vjemy jsou dlouhou dobu předmětem vědeckého výzkumu8. Kovová chuť9 není jedním z pěti zásadních chuťových principů (sladký, slaný, kyselý, hořký a umami)10, některými autory je však tato vlastnost jako chuť uváděna. Samotné ionty kovů se však účastní např. vnímání vůní a pachů11. Organoleptický vjem kovové chuti může znehodnotit například maso či zeleninu v konzervě, pokud byl její kovový obal špatně chráněn izolační vrstvou uvnitř. Jako fenomén podobný kovové chuti je zkoumána i chuť „elektrická“, která s přítomností kovových iontů v elektrolytech ústní dutiny může souviset12; zajímavou „chuť“, či spíše galvanický pocit má člověk s amalgámovými plombami, když kousne do předmětu z neušlechtilého kovu.

okt-1-en-3-on

O

OH

okt-1-en-3-ol

non-1-en-3-on

U alkaloidů z lupiny (Lupinus albus) (spartein, lupinin, epilupinin, angustifolin, lupanin, 13-hydroxylupanin) je známa hořká chuť; při sledování 7 senzorických vlastností semen několika odrůd lupiny se však ukázalo, že tyto látky mohou mít i chuť kovovou, možná podpořenou jinými látkami v semenech (tříslovinami): pozitivní korelace se ukázala mezi chutěmi hořkou, kovovou a dřevnatou a obsahem alkaloidů. Jednotlivé alkaloidy ani třísloviny však nebyly ve spojení s žádným ze smyslových znaků24. Poznání těchto souvislostí má velký význam při šlechtění,

99

Chem. Listy 106, 926930 (2012)

kovové pachuti27. Kovovou chuť má mít L-cystein28. Některé 2,5-di-keto-piperaziny (cyklické dipeptidy; jako např. cyklo(L-Val-L-Pro)) z piva, hovězího masa, či vznikající při pražení kakaových bobů, mají hořce-kovovou chuť29. V dichloromethanovém extraktu pražených kakaových bobů bylo nalezeno 25 takových diketopiperazinů20. V souvislosti s jejich studiem je nutno zmínit i veličinu, tzv. nadprahovou hodnotu rozeznání DoT (Dose over Threshold), která se stanoví jako poměr koncentrace použité a prahové (kdy je ještě efekt rozeznáván). Používá se i termín chuťová zřeďovací analýza TDA (Taste Dilution Analysis), která přidá například k HPLC další rozměr stanovení, například UV/VIS – chuť. Výsledky jsou významně korelovatelné, pokud chuťové vjemy u jednotlivých frakcí z HPLC odpovídají identifikovaným látkám30.

protože se stává ve formě mnohých odrůd významným objektem potravinářského a pícninářského využití. Sladce kovovou chuť má vinan antimonito-draselný, používaný jako mořidlo v barvířství a částečně i jako antihelmintikum. Kovovou chuť se sladkým nádechem pak mají hexamethylentetramin, urotropin a některé kvarterní amoniové soli25. O

K

O

H2O O O + O Sb+ K+ H O Sb O 2 O O O O H2O

+

O

N

O

N

N

N

vinan antimonito-draselný urotropin

SH

H N

O

O

OH

Hořko-kovovou chuť má diuretikum chlormerodin, čistě kovovou pak zlatnosodná sůl kyseliny thiojablečné, používaná jako antireumatikum Myochrysin.

NH2

O

L-cystein

N H

2,5-diketopiperazin O

Au NH

H2N

H N

O Cl Hg

+

Na O

O

S

-

-

O H

+

O

O Na

N

O

chlormerodin

cyklo(L-Val-L-Pro)

Myochrysin

Baktericidní (i MRSA) lipoglykopeptid telavancin (Vibativ) má údajně kovovou chuť, nebo její vnímání vyvolává26. Umělá sladidla jako sacharin, aspartam (Nutrasweet), acesulfam-K a cyklamát u některých lidí vyvolávají pocit

3. Nežádoucí projevy kovové chuti O biologické podstatě této chuti není zatím mnoho známo, byť je zmiňována jistá role kanálů TRPA1 (Transient Receptor Potential Ankyrin 1)31 a TRPV1

HO NH

HN

O OH

OH OH

O O

Cl

O O O

OH O

HO H N

NH NH O

Cl

O HN NH

O O

O NH

NH

OH O OH

O NH2 OH HO HN HO P OH O

100

televancin

Chem. Listy 106, 926930 (2012)

(Transient Receptor Potential Vanilloid 1)27. Jsou hledány možnosti predikce této chuti, při kterých mohou být využity objektivní fyzikální metody. Jednou z takových metod může být NMR spektrometrie využitelná jako „magnetický jazyk“ pro chuťový popis konzervovaných rajčat, zahrnující kromě zjištění různých senzorických vlastností také identifikaci kovové chuti32. Je však známo, že člověk může pociťovat slanou a někdy i slano-kovovou chuť při některých chorobách (keratosis obturans, „metal fume fever“ (MFF), kvasinkových onemocněních vyvolaných především kvasinkami rodu Candida, příčinou může být i diagnostikovatelná závada či změna chuti, tzv. dysgeusie aj.*)33 a při stavech silné dehydratace. Byla také popsána zajímavá kakogeusie**, která nastala po požití semen borovice (Pinus sp.)34. Ačkoliv stav po několika dnech odezněl, není dosud zřejmé, jak velkou část populace (zejména asijské) může tento proces postihnout. Kovová chuť v ústech může být spojena s otravou některými anorganickými jedy a je popisována i u počátečních stavů těhotenství či jistých cyklických hormonálních stavů (fluktuace estrogenů) anebo u onemocnění ledvin a hypervitaminose D. Snadno si ji v některých případech vysvětlíme, jak již bylo řečeno, přítomností zejména neušlechtilých kovů v ústní dutině. Bývá popisována i po léčení některými léky, jako např. botulotoxinem A35, lidokainem36, cimetidinem37, tetracyklinem38, fluorouracilem39, metronidazolem40 či methylprednisolonem41 a řadou dalších léčiv. Tato chuť se však vyvíjí i při některých obtížně diagnostikovaných stavech42 anebo chirurgických zákrocích (po implantaci stentu do koronární arterie)43. Nežádoucí kovová chuť může vznikat i v průběhu konzervace a zpracování potravinářských surovin, např. mražením masa lososa, kde je navozena volnými polynenasycenými mastnými kyselinami44.

žek (karvonu, anetholu)46, polyolu a anetholu47, polyaminového komplexu48. Kovovou chuť nejen zinečnatých iontů, ale i jiných iontů údajně účinně odstraňuje přísada L-mentholu a N-methyl-p-menthan-karboxamidu49. Dalším významným prvkem, jehož soli navozují kovovou chuť, je železo. Kovovou a svíravou chuť iontů železa v nápojích či potravinách tlumí přísada polyfenolů z čajovníkových listů50, u farmaceutických přípravků xylitol a extrakt z kořenů rehmanie (Rehmannia glutinosa)51. Kationty železa (ale také mědi, zinku, manganu, kobaltu, niklu a hliníku) lze vázat na laktoferriny a snížit kovovou příchuť přípravků na minimum52. Omezení kovové chuti u vzorků potravy (vína) obsahujících kovy může být m.j. působením fytové kyseliny (phytic acid, látky překvapivě se vyskytující v některých významných rostlinách jako zásobárna zbytků kyseliny fosforečné)53, solí hydroxyflavanonů54, ι-karagenanu55 a dalších sloučenin56,57. OH HO OH P HO P O O O OH O O P O HO O OH P O O HO O O O P OH P HO OH OH

O

HO

O

OH O

hydroxyflavanon X

fytová kyselina

O OH +

Na O

4. Omezení kovové chuti

-

O

+

Na O

Ze všech „chutí“ se zdá být kovová tou nejméně žádoucí, jak je patrné např. z výzkumu nových umělých sladidel; právě u této skupiny široce používaných látek může tvořit dodatečný nepříznivý pocit. Je tedy žádoucí její odstranění. Touto chutí disponují některé kationty, bohužel velmi běžně využívané v potravinářství, v produktech dentální hygieny, při výrobě krmiv, ale také v produkci léčivých přípravků. Jsou proto hledány přísady, které by tuto chuť významně maskovaly. V případě produktů dentální hygieny to mohou být směsi aminokyselin a proteinů, které zároveň zmírňují svíravou chuť přípravků45. V tomto typu přípravků bývají velmi často přítomny ionizovatelné zinečnaté soli, které jsou nositeli kovové chuti. Příznivě se uplatnilo použití laurylalkoholu a některých silic (mátové) nebo jejich slo-

-

O

příklad soli flavanonu

Zajímavá bude jistě i souvislost kovové chuti s kovovou vůní58, která bývá vysvětlována tak, že např. síran železnatý v ústech napomáhá tvorbě těkavých oxidačních produktů lipidů, které jsou retronasálně vnímány s kovovou vůní59,60; může to souviset s výše popsanými látkami jako non-1-en-3-on. Práh citlivosti je velmi nízký61 a dosahuje koncentrací kolem 10 M. Že to nebude všechno jednoduché, ukazuje např. i fakt, že silná pole (3 T a více), použitá při zobrazování pomocí magnetické rezonance (MRI), mohou vyvolat pocit kovové chuti62.

*Dysgeusie je závada či porucha chuti, ageusie znamená totální nedostatek chuťových vjemů a hypogeusie je snížení citlivosti chuťových vjemů ; všechny mohou být diagnostikovatelnými chorobami. **Kakogeusie, resp. metalogeusie, je patologické vnímání kovové chuti po přijetí některých látek nebo potravin. 101

Chem. Listy 106, 926930 (2012)

2. Lapčík O., Opletal L., Moravcová J., Čopíková J., Drašar P.: Chem. Listy 105, 452 (2011). 3. Kolečkář V., Řeháková Z., Brojerová E., Kuča K., Jun D., Macáková K., Opletal L., Drašar P., Jahodář L., Chlebek J., Cahlíková L.: Chem. Listy 106, 113 (2012). 4. Opletal L., Wimmer Z., Čopíková J., Lapčík O., Moravcová J., Cahlíková L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 761 (2011). 5. Čopíková J., Moravcová J., Lapčík O., Opletal L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 938 (2011). 6. Doležílková I., Macková M., Macek T. L: Chem. Listy 105, 346 (2011). 7. Kamlar M., Uhlík O., Kohout L., Harmatha J., Macek T.: Chem. Listy 104, 93 (2010). 8. Boudreau J. C.: Naturwissenschaften 67, 14 (1980). 9. Henkin R.I.: JAMA-J. Amer. Med. Assoc. 270, 1369 (1993). 10. Chandrashekar J. Hoon M. A., Ryba N. J. P., Zuker C. S.: Nature 444, 288 (2006). 11. Wang J., Z. Luthey-Schulten A., Suslick K. S.: PNAS 100, 3035 (2003). 12. Ohla K., Toepel U., le Coutre J., Hudry J.: Biol. Psych. 85, 446 (2010). 13. Mowat F.: Nedělejte poplach (Never Cry Wolf), Svoboda, Praha 1968. 14. Omur-Ozbek P., Dietrich A. M.: J. Water Health 9, 1 (2011). 15. Ohkubo C., Hanatani S., Hosoi T.: J. Oral Rehab. 35, 706 (2008). 16. Moncrieff R.W.: The Chemical Senses, London, Hill 1967. 17. The Merck Index, 13. vyd. Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 18. Filiopoulos V., Koutis I., Trompouki S., Hadjiyannakos D., Lazarou D., Vlassopoulos D.: Ther. Apher. Dial. 15, 20 (2011). 19. Matsumura N., Shimizu T.: JP 01157357 (1989); Chem. Abstr. 111, 593369 (1989). 20. Stark T., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 53, 7222 (2005). 21. Stark W., Forss A. A.: J. Dairy Res. 29, 173 (1962). 22. Cho I. H., Lee S. M., Kim S. Y., Choi H. K., Kim K. O., Kim Y. S.: J. Agric. Food Chem. 55, 2323 (2007). 23. Lubran M. B., Lawless H. T., Lavin E., Acree T. E.: J. Agric. Food Chem. 53, 8325 (2005). 24. DuPont M. S., Muzquiz M., Estrella I., Fenwick G. R., Price K. R.: J. Sci. Food Agric. 65, 95 (1994). 25. Bandelin F. J., Tuschhoff J. V.: J. Am. Chem. Soc. 74, 4271 (1952). 26. Attwood R. J., LaPlante K. L.: Am. J. Health-Syst. Pharm. 64, 2335 (2007). 27. Riera C. E., Vogel H., Simon S. A., le Coutre J.: Am. J. Phys., Regul. Integ. Comp. Physiol. 293, R626 (2007). 28. Hettinger T. P., Myers W. E., Frank M. E.: Chem. Senses 15, 755 (1990).

5. Závěr Přehled přírodních látek kovové chuti ukazuje zajímavost této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může přispět k inspiraci např. potravinářských a farmaceutických chemiků při hledání nových možností využití takových látek v praxi. Hledání nových spojitostí mezi vnímáním chutí použitelných nejen v humánní, ale i zemědělské praxi (živočišné výrobě, kde se kovová chuť může uplatnit jako negativní faktor), je však jen jednou stránkou problému, druhou je hledání postupů (a látek) – modifikátorů vnímání63, které mohou tento vjem zesilovat nebo tlumit. Autoři tímto děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV QI111A166. Stručné odborné životopisy autorů: Prof. Ing. Zdeněk Wimmer, DrSc. (http://www.ueb.cas.cz/ cs/users/wimmer), narozen: 1952; vědní obor: chemie přírodních látek, organická chemie; Web of Science: publikace 124, H index 14, citace 853, bez autocitací 392. Doc. RNDr. Lubomír Opletal, CSc. (http://www.phyto.cz/ doc-rndr-lubomir-opletal-csc), narozen: 1952; vědní obor: fytochemie, rostlinné metabolity, obsahové látky vyšších rostlin a hub; Web of Science: publikace 60, H index 10, citace 313, bez autocitací 266 Prof. Ing. Jana Čopíková, CSc.; vědní obor: chemie a technologie sacharidů; Web of Science: publikace 89, H index 10, citace 385, bez autocitací 334 Prof. Ing. Jitka Moravcová, CSc. (http://www.vscht.cz/ lam/new/lide_moravcova.html), narozena: 1950; vědní obor: chemie a stereochemie sacharidů a jejich derivátů, bioaktivní přírodní látky, separační metody; Web of Science: publikace 61, H index 10, citace 441, bez autocitací 395 Prof. Dr. RNDr. Oldřich Lapčík (http://www.vscht.cz/lam/ new/lide_lapcik.html), narozen: 1960; vědní obor: chemie přírodních látek, imunoanalýza, separační techniky, vztah mezi sekundárními metabolity a nutriční hodnotou rostlinných potravin; Web of Science: publikace 67, H index 16, citace 894, bez autocitací 767 Prof. RNDr. Pavel Drašar, DSc. (http://www.vscht.cz/lam/ new/lide_drasar.html), narozen: 1948; vědní obor: chemie přírodních látek, organická chemie; Web of Science: publikace 161, H index 13, citace 730, bez autocitací 488 LITERATURA 1. Maruna M., Šturdíková M., Ondrejíčková P.: Chem. Listy 104, 103 (2010). 102

Chem. Listy 106, 926930 (2012)

29. Stark T., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 53, 7222 (2005). 30. Frank O., Ottinger H., Hofmann T.: J. Agric. Food Chem. 49, 231 (2001). 31. Simon S. A.: Chem. Senses 34, E27 (2009). 32. Malmendal A., Amoresano C., Trotta R., Lauri I., De Tito S., Novellino E., Randazzo A.: J. Agric. Food Chem. 59, 10831 (2011). 33. Frank M. E., Hettinger T. P., Mott A. E.: Crit. Rev. Oral Biol. Med.: Offic. Publ. Am. Assoc. Oral Biologists 3, 371 (1992). 34. Munk M.-D.: J. Med. Toxicol. : Offic. J. Am. Coll. Med. Toxicol. 6, 158 (2010). 35. Murray C., Solish N.: Dermatol. Surgery 29, 562 (2003). 36. Bigeleisen P. E.: Anesth. Analg. 89, 1239 (1999). 37. Melchior W. R., Jaber L. A.: Ann. Pharmacol. 30, 158 (1996). 38. Magnasco L. D., Magnasco A.J.: Clin. Pharm. 4, 455 (1985). 39. Han S. Y., Youker S.: J. Drugs. Dermatol. 10, 1201 (2011). 40. Stein R. B., Hanauer S. B.: Drug Safety 23, 429 (2000). 41. Mignogna M. D., Lo Muzio L., Ruoppo E., Fedele S., Lo Russo L., Bucci E.: J. Oral Pathol. Med. 31, 339 (2002). 42. Will U., Eger H., Hartmut S., Meyer F.: BMJ Case Rep. 2009; MEDLINE 2011618102. 43. Becker D., Maurovich-Horvat P., Jambrik Z., Barczi G., Merkely B.: Int. J. Cardiol. 2011; v tisku, doi:10.1016/j.ijcard.2011.10.033; MEDLINE 2012373101. 44. Refsgaard H. H. F., Brockhoff P. M. B., Jensen B.: J. Agric. Food Chem. 48, 3280 (2000). 45. Fukasawa T., Ebine Y.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2000159647 A 20000613 (2000); Chem. Abstr. 2000, 388864. 46. Bilali E.: PCT Int. Appl. WO 2000028952 A1 20000525 (2000); Chem. Abstr. 2000, 351333. 47. Takatsuka T., Nakao A.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 11246376 A 19990914 (1999); Chem. Abstr. 1999, 583114. 48. Domke T. W., Bergmann W. R.: Can. Pat. Appl. CA 2152982 A1 19951231 (1995); Chem. Abstr. 1996, 147893. 49. Ishiguro K., Shioki K., Kameda K., Kakutani H.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2003137755 A 20030514 (2003); Chem. Abstr. 2003, 368871. 50. Kobayashi N., Uchida T., Sakura, T., Takahashi T.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 08266249 A 19961015 (1996); Chem. Abstr. 1996, 745578.

51. Nakano, Hiroshi: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2000169385 A 20000620; Chem. Abstr. 2000, 408802. 52. Uchida T., Sakurai T., Oda T., Hamashita K., Tomisawa A., Aikawa H., Takahashi, T.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 10176000 A 19980630 (1998); Chem. Abstr. 1998, 423978. 53. Trela B. C.: Amer. J. Enol. Vinicult. 61, 253 (2010). 54. Ley J. P., Krammer G., Kindel G., Gatfield I.-L., Mueller M.: Ger. Offen. DE 10122898 (2002), Chem. Abstr. 137, 865564 (2002). 55. Calton G. J., Wood L. L.: US 20020187180 (2002); Chem. Abstr. 138, 946845 (2002). 56. May R., Roy G., Lee T.: U.S. Pat. Appl. Publ. US 20080226801 A1 20080918 (2008), Chem. Abstr. 149, 331150. 57. Ichiba T.: Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2011135805 A 20110714 (2011); Chem. Abstr.155, 151457. 58. Dietrich A.M.: J. Water Sup. Res. Technol., Aqua 58, 562 (2009). 59. Epke E.M., McClure S.T., Lawless H.T.: Food Qual. Pref. 20, 133 (2009). 60. Nann H.: Mitt. Forsch. Prob. Edelmetalle 7, 55 (1933). 61. Epke E. M., Lawless H. T.: Physiol. Behavior. 92, 487 (2007). 62. Moller H. E., von Cramon D. Y.: Rofo-Forsch. Geb. Rontgen. Bild. Ver. 180, 293 (2008). 63. Moravcová J., Opletal L., Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Drašar P.: Chem. Listy 101, 1002 (2007).

Z. Wimmera,b, L. Opletalc, J. Čopíkovád, J. Moravcová , K. S. O. Abdulmaneaa, O. Lapčíka, and P. Drašara (a Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, b Institute of Experimental Botany, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, c Department of Pharmaceutical Botany and Ecology, Faculty of Pharmacy, Charles University, Hradec Králové, d Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, Institute of Chemical Technology, Prague): Metallic Taste of Natural Compounds and Their Derivatives a

A review of natural compounds and their derivatives with metallic taste shows the importance of this group of renewable materials. The review contributes to the knowledge of biodiversity of secondary metabolites that can be utilized, among others, in food and pharmaceutical industry.

103

Chem. Listy 105, 938942 (2011)

PŘÍRODNÍ LÁTKY A JEJICH DERIVÁTY CHUTI CHLADIVÉ

JANA ČOPÍKOVÁa, JITKA MORAVCOVÁb, OLDŘICH LAPČÍKb, LUBOMÍR OPLETALc a PAVEL DRAŠARb

sloučenin, které ochlazují okolí fyzikálním působením díky vysokému výparnému teplu. Typickým příkladem je ethanol, acetaldehyd nebo diethylether, kde se s dvěma posledními samozřejmě v potravě často nesetkáváme. Pocit chladivé čerstvosti či mátovitosti vyvolávaný mentholem či kafrem bývá označován jako fyziologický. Teprve nedávno bylo prokázáno, že tyto sloučeniny aktivují trojklaný nerv (trigeminus) citlivý na chlad, který je odpovědný za vnímání pocitů ve tváři. Jejich účinek je vysvětlován aktivací iontového kanálu TRPM8, což vyvolá průnik vápenatých iontů do nervové buňky a odeslání elektrického impulsu do mozku, který poté signalizuje chlad14. Na rozdíl od skutečného snížení teploty v ústech vyvolaného přítomností studených či chladivých látek je tato popsaná chladivá chuť (čerstvost, mátovitost) pouze vnímaným jevem (angl. „perceived phenomenon“), který se též nazývá trigeminální percepce. Posledním důvodem, proč vnímáme pocit chladu, je přítomnost látek, které mají záporné rozpouštěcí teplo (enthalpii) a při jejichž rozpouštění se okolí ochlazuje. V dalším textu se zaměříme na důležité příklady posledních dvou skupin látek. Pravděpodobně největším odběratelem chladivých látek je kosmetický průmysl pro výrobu zubních past, ústních vod, deodorantů, šamponů, holicích krémů a parfémů. Chladivá chuť je velmi důležitá v potravinářství při výrobě žvýkaček, bonbónů a nápojů. Tak se například společnosti Senomyx a Firmenich shodly na společném programu hledání takových látek, které by měly chladivou chuť a byly prosty nežádoucích vedlejších účinků15,16. O látkách chladivé chuti se dozvíme i v Merckově Indexu17, kde je uvedeno pouze pět takových látek, z nichž čtyři lze považovat za přírodní. V databázi IUPHAR18 je takových látek již 18 a nejobsáhlejší je přehled Leffingwellův19.

a

Ústav chemie a technologie sacharidů, b Ústav chemie přírodních látek, VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6, c Katedra farmaceutické botaniky a ekologie, FarmF UK v Praze, 500 05 Hradec Králové [email protected] Došlo 13.6.11, přijato 16.9.11.

Klíčová slova: přírodní látka, chladivá chuť, potravní doplněk, obnovitelné zdroje, menthol

Obsah 1. 2. 3. 5. 6.

Úvod Látky ovlivňující trigeminální percepci Látky s negativním rozpouštěcím teplem Faktory ovlivňující chladivou chuť Závěr

1. Úvod Organoleptický vjem je složitý proces; jde o komplex vnímání některých vlastností ať již jednotlivě, nebo spolu s jinými vjemy a pocity. Chladivá (česky též „větrová“) chuť nepatří mezi pět běžně uznávaných chuťových principů (sladký, slaný, kyselý, hořký a umami)1, možná proto, že tuto vlastnost, podobně jako chuť svíravou a pálivou někteří autoři zařazují mezi pocity2,3. V této souvislosti je nutno podotknout, že např. Wikipedie uvádí4, kromě klasických chutí též další: tučnou, vápenatou, suchou, kovovou, pálivou, chladivou (mátovou), znecitlivující (mati rasa; čínsky „má“), ústa naplňující (japonsky „kokumi“) a nakonec i chuť tepla (pocit teploty potravy)5. V rámci zkoumání chuťových vjemů a individuální citlivosti na ně je nalézáno stále více analogií citlivosti a necitlivosti tak jako u nejznámějšího případu, 6-propylthiouracilu5. Tento článek je dalším z řady přehledů, ve kterých jsou popisovány přírodní látky a potravní doplňky613, a je koncipován ve zmíněné řadě zejména jako učební pomůcka. Pocit chladu tak, jak ho vidí autoři tohoto článku, může být definován čtyřmi způsoby. Jednak triviálně a to tak, že příslušná potravina nebo nápoj má teplotu nižší, než je teplota v ústech. Další možností je aplikace nízkovroucích

2. Látky ovlivňující trigeminální percepci Největší skupinu těchto látek představují terpeny a klasickým představitelem je ()-menthol ze silice máty peprné (Mentha piperita). Menthol zaujímá mezi chladivými látkami prominentní postavení, neboť se používá od nepaměti a stále je jeho produkce nejvyšší. Bohužel má i některé nevýhodné vlastnosti. Je těkavý, proto se nemůže používat v některých kosmetických krémech, protože by způsoboval podráždění očí. Dále má ve vyšších koncentracích hořkou chuť a ostrou vůni. Je standardem pro posouzení chladivého účinku látek definovaným jako tzv. isointenzita, což je koncentrace látky vyvolávající stejný chladivý pocit jako ()-menthol o koncentraci 2 ppm. Ostatní stereoisomery ()-mentholu mají podstatně nižší účinnost ve srovnání s ()-isomerem, např. (+)-menthol má jen 27% účinnost19.

104

Chem. Listy 105, 938942 (2011)

OH

Struktura přírodního ()-mentholu byla a stále je inspirací pro hledání syntetických či semisyntetických chladivých látek, které by neměly nevýhody ()-mentholu21. Další požadovanou vlastností, kterou by měly splňovat, je rychlý nástup dostatečně vysokého a dlouhotrvajícího účinku. Protože ale organoleptický vjem závisí i na vlastnostech matrice, ve které je chladivá látka podávána, je tato podmínka obtížně splnitelná pro jednu jedinou sloučeninu. Jestliže nějaká sloučenina vyvolává pocit chladu, jeli rozpuštěna ve vodě, nelze předpokládat, že bude mít stejný účinek jako součást žvýkacích gum nebo zubní pasty. V současné době je proto dávána přednost směsím látek přesně definovaným pro konkrétní způsob použití. Průmyslově důležitou skupinou látek s chladivou chutí jsou karboxamidy, které se vyrábějí z ()-mentholu třístupňovou syntézou (Schéma 1)21. Karboxamid WS 3 je jedna z nejpoužívanějších chladivých látek a má vyšší účinek než ()-menthol (isointenzita = 1,5). Velice účinným chladivým karboxamidem, je sloučenina 1 (isointenzita 0,15) a vůbec nejúčinnějším je karboxamid 2 (isointenzita 0,05). Karboxamidy 3 a 4 se přidávají do tabáku a koupelových přípravků. Karboxamid CPS 195 se vyznačuje téměř tříhodinovým chladivým účinkem na kůži při topické aplikaci v koncentraci 1 % v masťovém základu. Je pozoruhodné, že amid FEMA 4558 nemá chuť chladivou ale umami19. Další skupinou chladivých látek odvozených od ()mentholu jsou estery, které byly původně zamýšleny jako jeho náhrada při parfemaci cigaret a nyní se používají hlavně v kosmetických přípravcích i potravinách. Estery

OH

()-menthol

(+)-menthol

OH

OH

()-isopulegol

OH

p-menthan-3,8-diol

Dalšími přírodními látkami tohoto typu jsou ()-isopulegol z voňatky (citronová tráva, Cymbopogon Spreng.) a blahovičníku (eukalyptus, Eucalyptus L´Her.), p-menthan-3,8-diol též z blahovičníku, a seskviterpen ()-kubebol z kryptomerie japonské (japonský cedr, Cryptomeria japonica D. Don.). Další chladivou látkou izolovanou z blahovičníku (Eucalyptus globulus Labill) je eukalyptol20 (cineol, kajeputol, Dinkum oil), který se používá jako vonná látka.

O

OH

()-kubebol

OH

eukalyptol

R N

OH

Cl O

(-)-menthol

1

R

2

O

WS 1

karboxamidy WS 3

R1= H,

R2= Et

1

R1= H,

R2 =

O NH2 N 1

2

2

R = H,

3 4

R1= Me, R2= Me R1= H, R2= Me

CPS 195

R=

R1= H, R2= HO

Schéma 1

105

OH

Chem. Listy 105, 938942 (2011)

O

FEMA 4558

NH

N H

OH

O

O

OH

FEMA 3455 FEMA 3784 Mezi látky vyvolávající chladivý pocit patří i acyklické terpeny geraniol, linalool a hydroxycitronellal18.

s kyselinou jantarovou19 (FEMA 3810) a kyselinou glutarovou (FEMA 4006) jsou perspektivní pro potravinářské aplikace stejně jako karbonáty FEMA 3805 a FEMA 3806 (frescolat MGA).

OH

OH

geraniol

linalool

O

O

O

O OH

O

N

N

O O

FEMA 4006

O

O

OH

O

hydroxycitronellal

Relativně nedávno, v roce 2001, byly popsány23 látky chladivé chuti izolované ze sladu, furanon I, II a III. Tyto látky mají práh chuťové detekovatelnosti v setinách až jednotkách ppm.

FEMA 3810

FEMA 3746

O

O

O

OH

O

HO

OH

O

O

furanon I

FEMA 3805

furanon II

O N O

furanon III O O

O

FEMA 3806

O

OH

OH

Dihydroxyaceton chuti nasládlé až chladivé, produkovaný z glycerolu bakteriemi Acetobacter sp. za aerobních podmínek24 se používá do prostředků na umělé opalování17. Pro zajímavost si uveďme, že některé syntetické látky nepřipomínající terpeny vykazují často velmi silné chladivé účinky. Cooling Sensate WS 23 je používán v kosmetice25, syntetický icilin (AG 3-5) je mnohem silnější než menthol26; je tak chladivý, že vyvolává třes. 4Methyl-3-(1-pyrrolidinyl)-2[5H]-furanon (furanon III) je dokonce 35krát účinnější než ()-menthol27.

O

FEMA 3808

Komerčně úspěšný je ester s kyselinou mléčnou (FEMA 3746) s poloviční chladivostí v porovnání s ()mentholem, který se přidává do tabáku. "3-()Menthoxy-1,2-propandiol" nazývaný Cooling Agent 10 (FEMA 3784) je komerčně úspěšným produktem s chladivostí srovnatelnou s ()-mentholem. Další sloučeninou, o které se z velké množiny syntetických derivátů zmíníme, je ketal FEMA 3808, který je srovnatelně účinný jako ()-menthol. Rovněž byly připraveny celé série více či méně úspěšných derivátů kyseliny WS 1 (Schéma 1) a zejména estery a amidy jsou perspektivními chladivými látkami. Zajímavý je N-ethyl-5-methyl-2-(1-methylethyl)cyklohexankarboxamid (FEMA 3455), jehož práh chuťového rozeznání je až 200 ppb. Řada látek vycházejících ze struktury ()-mentholu obdržela registraci GRAS (Generally Recognized as Safe) u americké asociace FEMA (Flavor and Extract Manufacturers Association of the United States)22.

O HN N

O -

+

HO

O N O

NH

WS 23

icilin (AG 3-5)

3. Látky chladivé chuti s negativním rozpouštěcím teplem Pocit chladu je v této kategorii látek důsledkem porušování sítě vodíkových vazeb, které jsou v krystalové struktuře a rozpouštěním se porušují. Obecně vzato, celá 106

Chem. Listy 105, 938942 (2011)

řada cukrů, polyolů a cyklitolů má často chuť chladivou jako jednu ze složek chuťového vjemu. Nejběžnějšími takovými sloučeninami jsou D-glukosa a D-fruktosa. I když jsou tyto látky používány v potravinářství primárně díky chuti sladké, v mnoha aplikacích je výhodné spojení sladké chuti s pocitem chladu. Nejčastěji se tato kombinace využívá u nekariogenních sladidel jako jsou alditoly, např. xylitol, který dodává chladivou chuť bonbonům a zubním pastám. Erythritol, dokonce i v roztoku, rovněž vyvolává v ústech pocit chladu28.

jsou součástí rostlinných silic používaných po staletí ve výrobě lihovin a parfémů. Postupně se jejich využití rozšířilo zejména na prostředky ústní hygieny a výrobu bonbónů a žvýkacích gum. Poslední slovo ještě řečeno nebylo, neboť látky s účinkem na trigeminální percepci jsou často používány jako látky odpuzující hmyz. Tak například WS 3 je schopen odpuzovat šváby (Blattodea) po několik dní od aplikace z více než 95 %, přičemž někteří švábi jsou též zhubeni (0,51 %)32. K odpuzování švábů se používá i eukalyptol a p-menthan-3,8-diol působí jako repelent proti komáru Anopheles33. V současnosti jeví o tyto látky zvýšený zájem i farmaceutický výzkum, protože iontové kanály TRPM8 jsou zastoupeny v různých tkáních a podílejí se na řadě signálních cest. Pravděpodobně budou receptory TRPM8 novým cílem pro protinádorovou terapii34.

OH O

O OH

HO HO

HO

OH

OH

HO OH OH

D-glukosa

D-fruktosa

HO

OH

HO

Autoři děkují MŠMT za podporu v rámci výzkumného záměru č. MSM6046137305 a grantu NAZV č. 71284/2007.

OH OH

HO

HO HO

HO

erythritol

LITERATURA

xylitol

1. Chandrashekar J., Hoon M.A., Ryba N.J.P., Zuker C.S.: Nature 444, 288 (2006). 2. Noble A. C.: Chemistry of Wine Flavor, ACS Symposium Series 714, 156 (1998). 3. Lapčík O., Opletal L., Moravcová J., Čopíková J., Drašar P.: Chem. Listy 105, 452 (2011). 4. http://en.wikipedia.org/wiki/Taste, staženo 25/8 2010. 5. Bajec M. R., Pickering G. J.: Physiol. Behavior 95, 581 (2008). 6. Čopíková J., Lapčík O., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 100, 778 (2006). 7. Opletal L., Wimmer Z., Čopíková J., Lapčík O., Moravcová J., Cáhlíková L., Drašar P.: Chem. Listy 105, 761 (2011). 8. Lapčík O., Čopíková J., Uher M., Moravcová J., Drašar P.: Chem. Listy 101, 44 (2007). 9. Srkalová S., Kalíková K., Tesařová E.: Chem. Listy 102, 480 (2008). 10. Řeháková Z., Karlíčková J., Jahodář L.: Chem. Listy 103, 116 (2009). 11. Ondrejovič M., Maliar T., Polívka Ľ., Šilhár S.: Chem. Listy 103, 394 (2009). 12. Karabín M., Brányik T., Kruliš R., Dvořáková M., Dostálek P.: Chem. Listy 103, 721 (2009). 13. Hampl F., Moravcová J., Čopíková J., Opletal L., Lapčík O., Drašar P.: Chem. Listy 103, 15 (2009). 14. McKemy D. D., Neuhausser W. M., Julius D.: Nature 416, 52 (2002). 15. Rosenberg G., Saddler K.: Press Release, Senomyx and Firmenich to collaborate on novel flavors that provide a cooling taste effect Senomyx, San Diego, CA a Geneva, Switzerland, January 3, 2008. 16. Fuganti C., Joulain D., Maggioni F., Malpezzi L., Serra S., Vecchione A.: Tetrahedron: Asymmetry 19, 2425 (2008).

I některé anorganické sloučeniny mají chladivou chuť. Typickým případem je dusičnan draselný (salnytr, salnitr, sanytr), jehož kvalitu a kvalitu suroviny na jeho výrobu prý sanytrníci zjišťovali ochutnáváním29. Hydrogenfosforečnan amonný (Fyrex), který vzbuzuje při rozpouštění pocit chladu, se používá většinou jako omezovač hořlavosti látek, při rafinaci cukru, do prostředků na čištění zubů, jako inhibitor koroze a hnojivo17.

4. Faktory ovlivňující chladivou chuť Zajímavé je zjištění, že chuťové vjemy i trigeminální percepci ovlivňuje vjem čichový30. Znovu a znovu se potvrzuje pravidlo, že potrava je vnímána všemi použitelnými smysly a ty se navzájem ovlivňují jak pozitivně, tak negativně. Je pozoruhodné, že obecně ovlivňuje vnímání chuti též infekce středního ucha a horních cest dýchacích, úrazy, chirurgické výkony a radiační terapie hlavy a krku, působení některých chemikálií a léků např. antibiotik a antihistaminik, kouření, zubní problémy a špatná ústní hygiena31. Ročně jen v USA vyhledá lékaře pro problémy vnímání chuti více než 200 tisíc pacientů.

5. Závěr Přehled přírodních látek chladivé chuti ukazuje zajímavost i komerční význam této skupiny obnovitelných materiálů, přispívá k poznání biodiversity sekundárních metabolitů a může i inspirovat chemiky při hledání nových struktur a nových možností využití takových látek v praxi. Nejdůležitější představitelé přírodních chladivých látek 107

Chem. Listy 105, 938942 (2011)

17. The Merck Index, 13th Ed., Merck & Co. Inc., Whitehouse Station, 2001, electronic version by CambridgeSoft, Cambridge. 18. http://www.iuphar-db.org/DATABASE/ ObjectDisplayForward?objectId=500, staženo 8/9 2010. 19. Leffingwell J.C.: Cool without Menthol & Cooler than Menthol and Cooling Compounds as Insect Repellents, Leffingwell & Associates, Canton 2010; http://www.leffingwell.com/cooler_than_menthol.htm, staženo 9. 9. 2010. 20. Cloez F. S.: Ann. 154, 372 (1870). 21. Furrer S. M., Slack J. P., McCluskey S. T., Unguram I. M., Daniher A. T., Blancher G., Bell K., Krawee L. C., Gray K.: Chem. Percept. 1, 419 (2008). 22. http://www.femaflavor.org/GRAS%2024.pdf, staženo 9. 9. 2010. 23. Ottinger H., Soldo T., Hoffmann T.: J. Agric. Food Chem. 49, 5383 (2001). 24. Bernhauer K., Schön K.: Z. Physiol. Chem. 177, 107 (1928). 25. McLaughlin K. T., Hall W. G.: US 5407665 (1993); Chem. Abstr. 122, 298736 (1995). 26. Wei E. T.: Fed. Proc. 40, 1491 (1981). 27. Ottinger H., Soldo T., Hofmann. T.: J. Agric. Food Chem. 49, 5383 (2001). 28. de Cock P. W. H. A.: US 6066345 (1999); Chem. Abstr. 132, 49397 (1999).

29. Taušová Z., Brněnský denník Rovnost 15. 3. 2010. 30. Labbe D., Gilbert F., Martin N.: Chemosens. Percep. 1, 217 (2008). 31. http://www.nidcd.nih.gov/health/smelltaste/taste.html, staženo 8/9 2010. 32. Gautschi M., Blondeau P.: US Appl. 2002015692 (2002); Chem. Abstr. 136, 195654 (2002). 33. Trigg J. K.: J. Am. Mosquito Control Assoc. 12 (2 Pt. 1), 243 (1996). 34. Beck B., Bidaux G., Bavencoffe A., Lemonnier L., Thebault S., Shuba Y., Barrit G., Skryma R., Prevarskaya N.: Cell Calcium 41, 285 (2007). J. Čopíkováa, J. Moravcováb, O. Lapčíkb, Opletal L.c, and P. Drašarb (a Department of Carbohydrate Chemistry and Technology, b Department of Chemistry of Natural Compounds, Institute of Chemical Technology, Prague, c Pharmaceutical Faculty, Charles University, Hradec Králové): Natural Compounds with Cooling Taste and Their Derivatives Review article brings comprehensive survey on compounds having cooling taste (sensation) of both types, influencing the trigeminal perception and expressing negative enthalpy on dissolution. Other use of these compounds is discussed.

108

BAREVNÉ A CHUŤOVÉ LÁTKY V PŘÍRODĚ A POTRAVINÁCH Pavel Drašar, redaktor

Vydala: Česká společnost chemická Novotného lávka 5, CZ-116 68 Praha 1, v edici Chemické listy v roce 2016 Šéfredaktor: Odpovědný redaktor: Prepress:

prof. RNDr. Bohumil Kratochvíl, DSc. prof. RNDr. Pavel Drašar, DSc. Ing. Radmila Řápková

Počet stran: Vydání: Doporučená cena:

111 první neprodejné, zdarma

9 788086 238562